Ce este sinteza peptidelor?
Caracterizată prin formarea unei legături peptidice între doi aminoacizi, sinteza peptidelor este, în esență, producerea de peptide. Deși sinteza peptidelor a fost oarecum împiedicată de practici de producție relativ ineficiente la început, progresele în chimie și tehnologie au condus la metode de sinteză mult îmbunătățite. Odată cu creșterea puternică a domeniului științei peptidelor, este clar că peptidele sintetice vor continua să joace roluri vitale în domeniile progresului științific și medical din epoca modernă.
Cum sunt sintetizate peptidele?
Peptidele sunt sintetizate prin legarea a doi aminoacizi. Acest lucru se realizează cel mai adesea prin atașarea capătului C-terminal, sau a grupării carboxil, a unui aminoacid la capătul N-terminal, sau a grupării amino, al altuia. Spre deosebire de biosinteza proteinelor, care implică legarea de la capătul N-terminal la capătul C-terminal, sinteza peptidelor are loc în acest mod C-N.
Deși există douăzeci de aminoacizi care apar în mod obișnuit în lumea naturală (cum ar fi arginina, lizina și glutamina), au fost sintetizați și mulți alți aminoacizi. Acest lucru permite numeroase posibilități în crearea de noi peptide. Cu toate acestea, aminoacizii au numeroase grupări reactive care pot interacționa negativ în timpul procesului de sinteză, ducând la trunchierea sau ramificarea nedorită a lanțului peptidic sau provocând o puritate sau un randament suboptimal. Prin urmare, sinteza peptidelor este un proces complex care trebuie efectuat cu expertiză.
Pentru a asigura rezultatul dorit în urma procesului de sinteză și pentru a evita reacțiile externe, nedorite, anumite grupări reactive de aminoacizi trebuie dezactivate sau protejate de reacții. Prin urmare, oamenii de știință au conceput grupări chimice speciale concepute pentru a face exact acest lucru. Numite „grupări protectoare”, acestea pot fi împărțite în trei categorii:
Grupuri protectoare N-terminale – Aceste grupări protejează capătul N-terminal al aminoacizilor. Denumite grupări protectoare temporare, acestea sunt îndepărtate relativ ușor pentru a facilita formarea legăturilor peptidice. Tert-butoxicarbonilul (Boc) și 9-fluorenilmetoxicarbonilul (Fmoc) sunt două grupări protectoare N-terminale frecvent utilizate.
Grupuri protectoare C-terminale – Aceste grupări protejează capătul C-terminal al aminoacizilor. Utilizarea grupărilor protectoare C-terminale este justificată în sinteza peptidelor în fază lichidă, dar nu și în sinteza peptidelor în fază solidă.
Grupuri de protecție a lanțului lateral – Întrucât lanțurile laterale ale aminoacizilor sunt destul de favorabile reactivității în timpul sintezei peptidelor, sunt necesare diverse grupări protectoare unice ale lanțului lateral pentru a proteja împotriva reacțiilor nedorite. Capabile să rămână intacte pe parcursul numeroaselor cicluri de tratament chimic din timpul sintezei, grupările protectoare ale lanțului lateral sunt cunoscute sub numele de grupări protectoare permanente. Acestea sunt îndepărtate doar cu acizi puternici după încheierea sintezei peptidelor.
Procese de sinteză a peptidelor
Abordarea inițială a sintezei peptidelor a fost printr-un proces cunoscut sub numele de sinteză în fază de soluție (SPS). Deși SPS are unele avantaje astăzi, în special în producția de peptide la scară largă, a fost în mare parte înlocuită de sinteza peptidelor în fază solidă sau SPPS. Acest lucru se datorează faptului că SPPS oferă mai multe avantaje, inclusiv randament ridicat, puritate și viteză de producție.
SPPS implică cinci etape efectuate ciclic:
1. Atașarea unui aminoacid la polimer
2. Protecție (pentru a preveni reacțiile nedorite)
3. Cuplare
4. Deprotejare (pentru a permite acidului atașat să reacționeze cu următorul aminoacid care urmează să fie adăugat)
5. Îndepărtarea polimerilor (rezultând o peptidă liberă)
În plus, sinteza SPPS poate fi îmbunătățită și mai mult prin utilizarea SPPS asistată de microunde. Acest lucru este util în special la sintetizarea secvențelor lungi de peptide, deoarece atât randamentul, cât și viteza pot fi îmbunătățite. Cu toate acestea, SPPS asistat de microunde poate fi mai scump decât SPPS tradițional.
Deși procesele de sinteză a peptidelor, precum SPPS, oferă standarde excelente de puritate și randament, pot apărea totuși impurități și imperfecțiuni pe parcurs. Această probabilitate crește odată cu lungimea secvenței peptidice, deoarece sunt necesare mai multe etape pentru a finaliza sinteza. Prin urmare, se utilizează anumite tehnici de purificare pentru a asigura o calitate optimă. Printre acestea se numără cromatografia în fază inversă (RPC) și cromatografia lichidă de înaltă performanță (HPLC). Valorificând proprietățile fizico-chimice ale peptidelor, aceste metode de purificare sunt capabile să separe impuritățile de peptida dorită. RPC este cea mai utilizată metodă de purificare a peptidelor în prezent.
Valoarea peptidelor sintetice
Peptidele s-au dovedit a fi elemente critice ale cercetării biomedicale, iar sinteza peptidelor continuă să alimenteze progresul științific la nivel mondial. Potențialul terapeutic al peptidelor a atras atenția diferitelor companii farmaceutice, iar mai multe medicamente fabricate din peptide au primit aprobarea FDA și au ajuns pe piață. Eficacitatea, specificitatea și toxicitatea scăzută a peptidelor ne asigură că peptidele vor continua să fie urmărite și dezvoltate în scopuri farmaceutice și de diagnostic și vor rămâne un domeniu în creștere al cercetării biochimice.