Пептиди, разновидни молекули на животот
Главна навигација
Пептидите се наоѓаат во сите организми, каде и да има клетки. Опсегот на нивните физиолошки функции е значителен. Биолошки активни пептиди се јавуваат, на пример, како хормони, невротрансмитери или фактори на раст, но исто така и како токсини и антибиотици. Тие се соодветно интересни како активни состојки; се користат, меѓу другото, за лекување на автоимуни болести и рак. И покрај некои тешкотии, пептидите добиваат зголемено внимание во последниве години и постои интензивна потрага по нови природни и синтетички пептиди.
Пептидите се молекули составени од аминокиселини, но тие се помали од протеините. Од 50 аминокиселини (во некои извори и од 100 аминокиселини) се зборува за протеини. Аминокиселините се поврзани едни со други со релативно крути и не-ротирачки пептидни врски. Овие настануваат кога карбоксилната група (-COOH) на една аминокиселина е поврзана со амино групата (-NH2) на следната аминокиселина со елиминација на вода. Покрај пептидните врски, постојат дисулфидни врски во и помеѓу пептидните ланци, естерските и тиоестерските врски. Првенствено, пептидите се синџири на аминокиселини, вели хемичарката од Улм, Тања Вејл. Но, постојат и разгранети и кружни пептиди.
Пептидите се синтетизираат на повеќе начини
Природните пептиди можат да се состојат од протеиногени и не-протеиногени аминокиселини. Со цел да се скроти нивната огромна разновидност, тие се сортираат според местото каде што се направени. Еукариотите синтетизираат пептиди преку рибозомалниот пат од 20-те протеиногени аминокиселини. Се произведуваат протеини, кои потоа се делат на пептиди. Често рибозомалните пептиди поминуваат како нивните „големи сестри“, протеините, пост-преведувачките модификации (вклучувајќи фосфорилација, гликозилација, сулфација, хидроксилација, дисулфидни мостови).
Бактериите и габите имаат можност и постепено да градат кратки пептиди со помош на разни ензими. На овој начин, не-протеиногени Л-аминокиселини и Д-амино киселини, исто така, може да се вметнат. Овие варијации ја зголемуваат стабилноста, на пример. Овие пептиди се од посебен интерес за фармацевтската индустрија. Многу оловни структури се добиени од такви бактериски пептиди.
Бројни пептиди од бактерии и габи се формираат преку модуларно организиран мулти-ензимски комплекс (NonRibosomal Peptide Synthetase, NRPS). Во меѓувреме (заклучно со 7/2013 година) откриени се скоро 1.200 вакви пептиди (https://www.gesundheitsindustrie-bw.debioinfo.lifl.fr/norine) во 247 организми.
Извлекување и изолација од висока пречка
Пред пептидите да можат да се произведат хемиски или рекомбинантно, тие мора да бидат извлечени и изолирани. Потребна е голема аналитичка вештина за употреба на масена спектрометрија, течна хроматографија (HPLC), тандем спектрометрија и нуклеарна магнетна резонанца за да се извлечат сите тајни на молекулата пред таа повторно да се синтетизира. Само употребата на многу техники за анализа дава целокупна слика. Ова во никој случај не е крај на она што хемичарката Тања Вајл го споредува со детективската работа, бидејќи, на пример, реплицираниот пептид ја изгубил својата биолошка активност. Откако ќе се надминат високите почетни пречки, може да се обидете да го рекреирате пептидот.
Денес интересот е во долгите пептиди
Самиот поим „пептид“ се враќа кај германскиот хемичар и добитник на Нобелова награда (1902) Емил Фишер, кој во 1901 година за прв пат успеа да синтетизира дипептид. Со воспоставување на синтеза на цврста фаза, истражувањето за пептиди (Р. М. Мерифилд ја доби Нобеловата награда за ова во 1984 година) доби поттик - беше постигнат пристап до поголеми количини и почисти материи. Синтезата на цврста фаза подоцна беше автоматизирана, а синтетизаторите за пептиди беа комерцијализирани. Исто така, постоеше можност за рекомбинантно производство.
Денес, хемијата на пептидите се занимава со производство на особено долги пептиди. Бидејќи, поради процесот, синтетизаторите за пептиди можат да се користат само до должина од 30 аминокиселини, објаснува Тања Вејл. Синтезата на подолги пептиди сега е можна со помош на таканаречени лигатувања, во кои неколку кратки пептиди се поврзани за да формираат долги структури.
Пептидите отсекогаш биле привлечни за хемичарите затоа што им даваат мултифункционални градежни блокови. Нивните две реактивни групи (карбокси, амино) може да се користат за полимеризација. Постојат и странични ланци (со исклучок на глицин), кои за возврат можат да носат и функционални групи. Користејќи „софистицирана хемиска заштитна група“ (Тања Вајл), може да се произведат макромолекули кои се многу прецизно дефинирани (низа, должина).
PEPperPRINT од Хајделберг презема многу посебен пристап кон синтезата на пептиди; произведува пептидни низи со печатење на пептиди на чипови со помош на ласерски печатач.
Пептиди како активни состојки
Веќе неколку години, пептидите како активни состојки уживаат во зголемено внимание. Навистина, наб obserудувачите на пазарот идентификуваа стотици кандидати за лекови базирани на пептиди во клинички развој и многу повеќе во напредните фази на претклинички развој во фармацевтските и биотехничките цевководи. Бидејќи сите организми формираат антимикробни пептиди, интензивно се пребарува во различни, често егзотични организми - како жаби, пајаци и змии, но исто така и растенија и габи - за нови активни состојки. Во меѓувреме, откриени се и пептиди со антибиотско дејство произведено од бактерии како што е E. coli, т.н. микрозини (види Zschüttig et al.).
Новооснованиот Улм центар за пептидни фармацевтски производи (УПЕП), од друга страна, се фокусира на човечки пептиди. Истражувачите таму бараат биоактивни и имуномодулаторни супстанции во човечкиот пептидом. Меѓу другото, истражувачите на УПЕП веќе откриле пептиди кои влијаат на инфективноста на ХИВ.
Истакнат пример за употреба на пептиди за терапевтски цели е вакцината базирана на пептиди против карцином на бубрег, моментално во фаза III од биотехнолошките фирми на Тибинген, биолошки технологии. Но, пептидите се користат и во медицинската технологија. Се развиваат импланти кои се обложени со антимикробни пептиди или на кои се нанесуваат пептиди кои ја зголемуваат биокомпатибилноста на имплантот.
Исто така, постојат интересни употреби на пептиди надвор од медицината. На Институтот за техничка биохемија на Универзитетот во Штутгарт, се спроведува истражување на композитни материјали направени од пептиди и неоргански компоненти. Таквите структурни слоеви се интересни за конструкција на електронски компоненти, на пример.
Литература:
Königshoff M, Brandenburger T. Кратка биохемија за учебници. Штутгарт/Newујорк: Тиеме 2012 (трето, ревидирано издание)
Caboche S, Leclère V, Pupin M, Kucherov G, Jacques P: Разновидност на мономери кај нерибозомални пептиди: кон предвидување на потеклото и биолошката активност. J Bacteriol 2010; 192 (19), 5143-50, дои: 10.1128/JB.00315-10
Venoms for Health, проект на ЕУ на 7-ми FRP (2011-2015): https://www.gesundheitsindustrie-bw.dewww.venomics.eu
Zschüttig A, Zimmermann K., Blom J, Goesmann A, Pöhlmann Ch, Gunzer F: идентификација и карактеризација на микроцин S, нов антибактериски пептид произведен од пробиотик ешерихија коли G3/10, 30 март 2012 година, ДОИ: 10.1371/журнал. pone.003335 (PLOS ONE), https://www.gesundheitsindustrie-bw.dewww.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0033351
Емил Фишер - Биографски: https://www.gesundheitsindustrie-bw.dewww.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1902/fischer-bio.html
База на податоци за антимикробни пептиди: https://www.gesundheitsindustrie-bw.deaps.unmc.edu/AP/main.php
Прашања за дизајнирање на лекови
Иако пептидите се користат како активни состојки многу години, администрацијата сè уште претставува проблем.Пептидите брзо се распаѓаат во гастроинтестиналниот тракт, затоа мора да се администрираат субкутано или интравенски. Тие исто така брзо се излачуваат преку бубрезите и црниот дроб. Затоа се вршат интензивни истражувања за развој на нови форми на пакување, но исто така и за модифицирани структури на пептиди кои ги прават молекулите постабилни, на пример. Бидејќи пептидите можат синтетички да се произведуваат релативно добро од една страна и да имаат одлучувачко влијание врз различните процеси во организмот од друга страна, тие се многу интересни за фармацевтската индустрија и покрај споменатите проблеми.