L A B O R A T O R I U M 7 - 8 / 2 0 1 0 LABORATORI UM PRZEMYSA
OWE
|
Synteza peptydów
 przełom pilnie pożądany
STRESZCZENIE Potrzeby oszukiwanie związków aktywnych produktów pośrednich poprzez wielo-
współczesnej cywilizacji przyczyniły się biologicznie od lat jest celem wie- krotną ekstrakcję i krystalizację, co zna-
do wzrostu zainteresowania syntetycznymi Plu naukowców. Do grupy substan- cząco wydłużało proces otrzymywania
peptydami, które obecnie stosuje się jako cji o wysokiej aktywności należą m.in. peptydów, a także potrzeby identyfikacji
leki, dodatki do kosmetyków oraz wybrane peptydy. Są one polimerami zbudowa- właściwego półproduktu. Także usuwanie
surowce przemysłowe do zastosowań nymi z minimum dwóch aminokwasów. osłon każdorazowo wymagało tej samej
niemedycznych. Od czasu przełomu W skład naturalnych peptydów, podobnie pracochłonnej procedury.
 otrzymania pierwszego syntetycznego jak i białek, może wchodzić dwadzieścia
peptydu oraz póz
niejszego zastosowania różnych aminokwasów, zwanych amino- OPRACOWANIE
nośnika stałego  rozwój metodologii kwasami białkowymi. NOWEJ METODY
syntezy wydaje się jednak nieznaczny. Od kilkudziesięciu lat z naturalnymi Metoda syntezy na nośniku stałym była
Ograniczenie wysokich kosztów oraz peptydami lub ich analogami wiąże się bezpośrednio owocem badań Merrifiel-
zmniejszenie zużycia uciążliwych dla duże nadzieje aplikacyjne. Z tego powo- da (1963 r.). Innowacja tego podejścia
środowiska substratów i rozpuszczalników du sprawne otrzymywanie tych związków polegała na propagacji łańcucha pepty-
winny stać się głównym celem naukowców, chemicznych jest bardzo ważne. Peptydy dowego na nierozpuszczalnej żywicy po-
a także technologów chemicznych. wykorzystuje się zarówno jako leki, jak limerowej, co ułatwiało sączenie. Dzięki
SA
OWA KLUCZOWE synteza i substancje diagnostyczne. Wybrane temu przyłączenie kolejnego aminokwasu
peptydów, synteza na nośniku stałym przykłady ważnych z punktu medycznego poprzedzone było tylko obmyciem żywi-
peptydów przedstawia tabela. cy z peptydem z produktów ubocznych
SUMMARY The needs of modern Obecnie stosuje się trzy podstawowe i nieprzereagowanych substratów. Moż-
civilization have contributed to the metody pozyskiwania peptydów. Pierwszą liwe stało się też stosowanie nadmiaru
increasing interest in synthetic peptides z nich jest izolacja związków ze z
ródeł jednego z reagentów celem zwiększenia
which have been applied as drugs, naturalnych. Jako że jest to podejście wydajności oraz częściowej lub nawet cał-
cosmetic additives and selected industrial bardzo drogie, metoda ta stosowana jest kowitej automatyzacji procesu. Od tego
raw materials for non-medical applications. zwykle do pierwszego (pierwotnego) czasu nastąpiło gwałtowne zainteresowanie
Since the breakthrough  the synthesis uzyskania peptydu. Na większą skalę pró- peptydami, które w sposób stosunkowo
of the first synthetic peptide and subsequent buje się następnie powtórzyć sekwencje prosty można otrzymać syntetycznie
use of solid phase the development z wykorzystaniem metod chemicznych, w ciągu zaledwie kilku dni. Tzw. syntezę
of methodology for synthesis, however, które to stosuje się najczęściej. W szcze- w roztworze stosuje się jednak nadal, ale
has seemed to be insignificant. Reduction gólnych przypadkach wykorzystuje się też w dość ograniczonym zakresie.
of high costs and of the consumption metody biologiczne z użyciem enzymów
of environmentally troublesome substrates (synteza enzymatyczna) lub metody in- DALSZY ROZWÓJ
and solvents should become the main goal żynierii genetycznej, która jest stosowana Dalszy postęp w syntezie peptydów wyda-
for scientists and chemical engineers. zwykle do związków drogich w syntezie je się przynosić tylko niewielkie korzyści.
KEY WORDS peptides chemicznej. Pierwszy kierunek poszukiwań to opra-
synthesis, solid phase synthesis cowywanie nowych nośników stałych.
POCZ
TKI Wybór odpowiedniej żywicy determinuje
SYNTEZY CHEMICZNEJ struktura pożądanego peptydu, np. to, czy
Początkiem historii syntetycznych pep- ma posiadać wolną grupę karboksylową
tydów było otrzymanie w 1901 r. przez na C-końcowym aminokwasie, czy też
Emila Fiszera pierwszego związku o se- grupę amidową. Najczęściej stosowane
kwencji Gly-Gly-Gly. Póz
niejsze blo- są żywice polistyrenowe sieciowane diwi-
kowanie osłonami grup funkcyjnych nylobenzenem z przyłączonym labilnym
łańcuchów bocznych w aminokwasach w środowisku kwaśnym łącznikiem (tzw.
dr hab. Wojciech Kamysz
pozwoliło otrzymać peptydy z dużą wy-  linkerem ). Olbrzymią zaletą nośników
mgr Bartłomiej Kraska
dajnością. Metody chemicznej syntezy jest też możliwość wykonania tzw. biblio-
WYDZIAA
FARMACEUTYCZNY, GDAC
SKI UNIWERSYTET MEDYCZNY
LABORATORIUM SYNTEZY PEPTYDÓW, LIPOPHARM.PL w roztworze wymagały jednak izolacji tek peptydów.
34
LABORATORI UM PRZEMYSA
OWE L A B O R A T O R I U M 7 - 8 / 2 0 1 0
|
Rys 1. Podstawowe typy nośników do syntezy peptydów
(od lewej: Merrifielda, Wanga i Barlosa)
LICZBA RESZT ROCZNA ŚWIATOWA
NAZWA PEPTYDU STRATEGIA SYNTEZY
AMINOKWASOWYCH PRODUKCJA
Oktreotyd (analog somatostatyny) 8 100-200 kg SPS*
Cetroreliks (odwracalnym antagonistą
10 10-100 kg SPS
LHRH)
SPPS**
Fuzeon T-20 (lek przeciwwirusowy
36 Brak danych i kondensacja
 HIV)
fragmentów
Desmopresyna (syntetyczny analog
9 50-100 kg SPS i SPPS
wazopresyny
Atosiban (analog oksytocyny) 9 50-100 kg SPS
Tabela. Wybrane leki peptydowe oraz ich roczna produkcja. Na podst. (1) Rys. 2. Popularne
* synteza w roztworze, ** synteza na nośniku stałym odczynniki aktywujące
Obecnie dostępnych jest wiele modyfi- stawiono na rys. 2. Substancje aktywu- wszystkim w przypadku długich sekwen-
kacji nośników, projektowanych głównie jące różnią się od siebie zdolnościami cji. Przeciwnicy natomiast zwracają uwa-
w taki sposób, aby odczynnik, umożli- sprzęgającymi, zakresami pH, w których gę, iż sam wzrost temperatury również
wiający odszczepienie gotowego peptydu działają, rozpuszczalnością w określonych katalizuje reakcję, a dodatkowy wpływ
od tej żywicy, w końcowym etapie nie środowiskach reakcji, a także większą promieniowania elektromagnetycznego
niszczył pewnych wrażliwych wiązań bądz
mniejszą zdolnością radzenia sobie w postaci zapobiegania agregacji jest nie-
w sekwencji. Ma to szczególne znaczenie z zawadami przestrzennymi. W niektó- wielki. Stąd też reaktory nie są obecne
w przypadku peptydów modyfikowanych rych przypadkach pozwalają zapobiec w każdym laboratorium peptydowym.
fragmentami niebiałkowymi. niekorzystnej racemizacji. Niewątpliwie syntezy z użyciem mikrofal
Kolejne usprawnienia dotyczą od- W ostatnich czasach dużą popular- mogą być narażone na przegrzanie, bar-
czynników sprzęgających, pozwalających ność zdobyło promieniowanie mikrofa- dzo niekorzystne dla wrażliwych żywic
na aktywację grupy karboksylowej jedne- lowe. W połączeniu z techniką syntezy polimerowych.
go aminokwasu oraz aminowej drugiego, na nośniku stałym uległ skróceniu czas Inną metodą udoskonalenia synte-
celem utworzenia wiązania amidowego. sprzęgania. Zwolennicy mikrofal dono- zy peptydów jest automatyzacja. Za jej
Najpopularniejsze odczynniki przeciw- szą także o poprawie czystości produk- główny atut uważa się dużą oszczędność
racemizacyjne oraz kondensujące przed- tu końcowego oraz wydajności, przede czasu, gdyż automatyczne syntezatory
reklama
35
L A B O R A T O R I U M 7 - 8 / 2 0 1 0 LABORATORI UM PRZEMYSA
OWE
|
same wykonują cały proces syntezy łącznie
z pobraniem odpowiedniej ilości substra-
tów. W takim przypadku praca laboranta
ogranicza się tylko do przygotowania elu-
entów oraz substratów i zaprogramowania
aparatu. Syntezator może pracować wiele
dni bez przerwy, o ile zapewnimy mu od-
powiednią ilość reagentów. Oprócz zysku
czasowego urządzenia posiadają jeszcze
jedną zaletę, którą jest minimalizacja
kontaktu pracowników z substancjami
chemicznymi. Ze względu na niezliczo-
ną ilość możliwych kombinacji nieznane
są potencjalne działania toksyczne (m.in.
mutagenność, teratogenność powstających
półproduktów).
Decydując się na zakup takiego urzą-
dzenia, należy wziąć pod uwagę również
wady tego rozwiązania. Przede wszystkim
jest to wysoka cena oraz niemałe koszty
serwisowania. Nawet najmniejsza usterka
Rys. 3. Idea syntezy peptydów
może zatrzymać pracę całego urządzenia,
na stałym nośniku polimerowym
tworząc z niego bezużyteczny przedmiot.
(P  polimer/nośnik, R1, R2
Jeżeli budżet instytucji lub firmy nie po-  łańcuchy boczne aminokwasów,
Fmoc  osłona grupy �a�-aminowej
zwoli na naprawę, to zakup może nigdy nie
aminokwasów)
zwrócić poniesionych kosztów kupna.
Kolejnym problemem może być brak
zasilania. Nowsze urządzenia posiadają uciążliwe. Nadzieją może być zapropono- Ze względu na fakt, że zwykle zanieczysz-
pamięć ostatnio realizowanego procesu, wana w ostatnich czasach synteza w wo- czenia są bardzo podobne do właściwych
aczkolwiek potrzebny jest człowiek, aby dzie, wykorzystująca rozpuszczalne w niej produktów, wymagane jest stosowanie
wznowić operację. Zbyt długa zwłoka może specjalne pochodne aminokwasów. do oczyszczania drogiego sprzętu (gra-
niekorzystnie wpłynąć na syntezę. Także Przełomem mogłaby się stać rów- dientowe chromatografy HPLC) oraz
brak testów stwierdzających powodzenie nież możliwość drastycznego obniżenia duże doświadczenie syntetyka.
acylowania w niektórych urządzeniach kosztów na wszelkich etapach otrzymy- Ciekawym przykładem strategii syntezy
może spowodować otrzymanie niewła- wania peptydów. W tym miejscu należy peptydu jest otrzymywanie desmopresyny.
ściwej sekwencji. W metodzie klasycznej zaznaczyć, iż synteza peptydów wymaga Najbardziej ekonomiczną metodą pozy-
testy, takie jak Kaisera bądz
chloranilowy, wielkich nakładów finansowych, często skiwania tego związku okazuje się synteza
stanowią dla eksperymentatora cenną in- przekraczających możliwości instytucji blokowa, polegająca na otrzymaniu mniej-
formację o konieczności pozostawienia bądz
firm potencjalnie zainteresowanych szych fragmentów, by w końcowym etapie
mieszaniny reakcyjnej na dłuższy okres lub peptydami. Szczególnie drogie są naj- połączyć je w jeden produkt. Możliwości
zmiany odczynnika sprzęgającego. nowsze nośniki do syntezy oraz środki otrzymania peptydu taką metodą, dostęp-
kondensujące. Wysoka cena peptydów ne na rynku coraz to nowsze odczynniki,
PRZEA
OM związana też jest z często  kapryśnym rewolucyjne nośniki oraz urządzenia za-
PILNIE POŻ
DANY charakterem tych związków. Wciąż nie jest czynają sprawiać, iż projektowanie syntezy
Wszelkie obecne dziś metody oprócz wy- znana większość przyczyn, dla których bywa niekiedy łamigłówką, co w konse-
mienionych zalet posiadają także wady. pewne sekwencje są trudne bądz
wręcz kwencji znacznie utrudnia sprawny rozwój
Przede wszystkim do otrzymania nie- niemożliwe do otrzymania popularnymi badań nad peptydami.
wielkiej ilości peptydu są zużywane duże metodami. Zdarza się, że zmiana zaledwie Na innowacjach najbardziej skorzy-
ilości bardzo uciążliwych dla środowiska jednego aminokwasu w sekwencji powodu- stałby przemysł, który produkuje wiele
rozpuszczalników, przede wszystkim di- je gwałtowną zmianę wydajności i potrze- milionów ton peptydów rocznie o za-
chlorometan oraz dimetyloformamid. bę powtórzenia syntezy celem uzyskania stosowaniach pozamedycznych (np.
Także niektóre substraty wykazują silne zadowalającej ilości produktu. aspartam  ok. 30 milionów ton). Syn-
właściwości toksyczne, w tym rakotwórcze. Warta uwagi jest także kwestia takiej teza peptydów to czynność bardzo kosz-
Cześć z tych odpadów dostaje się do ka- optymalizacji, aby reakcja przebiegała towna, pochłaniająca dużą ilość drogich
nalizacji oraz atmosfery, nie wspomina- za każdym razem ilościowo. Dzięki temu odczynników oraz wymagająca wysoko
jąc o zanieczyszczeniach powstających możliwe byłoby pominięcie kłopotliwe- wyspecjalizowanego personelu. q�
podczas produkcji tych chemikaliów. go procesu oczyszczania. Oczyszczanie
Na pewno dużym krokiem naprzód by- peptydów jest jednym z trudniejszych Piśmiennictwo dostępne
łaby zmiana rozpuszczalników na mniej etapów w otrzymywaniu tych związków. na www.laboratorium.elamed.pl.
36
Piśmiennictwo
1. Bruckdorfer T., Marder O., Albericio F.: From Production of Peptides in Milligram
Amounts for Research to Multi-Tons Quantities for Drugs of the Future.  Curr. Pharm.
Biotechnol , 2004, 5, 29-43.
2. Drider D.: Antimicrobial Peptides: Food, Veterinary and Medical Applications (Journal of
Molecular Microbiology and Biotechnology 2007). S Karger Pub, Basel 2007.
3. Gregory G.: Synthetic Peptides: A User's Guide. Oxford University Press, New York 2002.
4. Sewald N., Jakubke D. H.: Peptides from A to Z: A Concise Encyclopedia. Wiley-VCH,
Weinheim 2008.
5. Benoiton L. N.: Chemistry of Peptide Synthesis. CRC Press, Boca Raton 2006.
6. Jung G.: Combinatorial Peptide and Nonpeptide Libraries: A Handbook. Wiley-VCH,
Weinheim 1997.
7. So-Yeop H., Young-Ah K.: Recent development of peptide coupling reagents in organic
synthesis.  Tetrahedron , 2004, 60 (11), 2447-2467.
8. Hojo K., Maeda M., Kawasaki K.: A new water-soluble N-protecting group, 2-
[phenyl(methyl)sulfonio]ethyloxycarbonyl tetrafluoroborate, and its application to solid
phase peptide synthesis in water.  J. Pept. Sci. , 2001, 7(12), 615-618.