Peptide Bausteine des Lebens

Allgemeines Peptide haben eine sich wiederholende, amidartige Verknüpfung der Aminogruppe einer Aminosäure mit der Carboxylgruppe einer anderen Aminosäure

Reaktionsschema + + H2O 2 freie Aminosäuren Petidbindung Diese Reaktion kann beliebig oft durchgeführt werden, indem eine freie Aminosäure angehängt wird. Bei dieser Reaktion entsteht Wasser.

Vorkommen Viele der natürlich vorkommenden cyclischen Peptide gehören zu einer der folgenden Gruppen: Antibiotika Toxine Neuropeptide wie das Oxytocin (ruft bei der Geburt die Wehen hervor) H2N-Gly-Leu-Pro-Cys-Asn-Gln-Ile-Tyr-Cys-COOH oder [Lys8]-Vasopressin (= Adiuretin, regelt die Nierenfunktion) H2N-Gly-Arg-Pro-Cys-Asn-Gln-Phe-Tyr-Cys-COOH

Einsatz Peptide erfüllen viele Funktionen. Einige Peptide, wirken als Hormone, andere wiederum zeigen eine entzündungshemmende oder entzündungsfördernde Wirkung, darüberhinaus gibt es antibiotische und antivirale Peptide

Nomenklatur Nach der Anzahl der Aminosäurebausteine werden Peptide als Dipeptid, Tripeptid, Tetrapeptid, etc. bezeichnet Die Peptide werden fortlaufend nach ihren Aminosäuren, beginnend bei der aminoterminalen (N-terminalen) Säure, benannt. Die Reihenfolge der Aminosäuren im Peptid heißt die Sequenz Start

Definitionen

Dipeptid chemische Verbindung aus zwei Aminosäureresten durch Hydrolyse in zwei Aminosäuren spaltbar Zwischen den Aminosäuren besteht eine Peptidbindung. Dipeptide entstehen als Zwischenprodukte bei der enzymatischen gesteuerten Verdauung von Proteinen (Polypeptiden). Hierbei wirkt das Enzym Dipeptidyl-Peptidase. Dipeptidasen zerlegen sie in Aminosäuren.

Oligopeptide chemische Verbindungen aus bis zu zehn Aminosäuren Bildung: unter Wasserabspaltung wird die Aminogruppe einer ersten Aminosäure mit der Carboxylgruppe einer zweiten Aminosäure verknüpft. Nach diesem Muster werden die übrigen Aminosäuren angeknüpft, so dass eine kurze Kette von Aminosäuren entsteht, die über Peptidbindungen miteinander verbunden sind. Oligopeptide spielen z. B. als Bestandteile von Enzymen bei Entgiftungs-, Transport- und Stoffwechselprozessen eine Rolle.

Polypeptid besteht aus mindestens zehn Aminosäuren Aminosäuren auch hier durch Peptidbindungen verbunden Polypeptide sowohl natürlichen Ursprung, als auch synthetischen hergestellt Polypeptide mit über 100 Aminosäuren werden in der Regel als Proteine bezeichnet. In der Natur werden Polypeptide durch die Mechanismen der Proteinbiosynthese aufgrund der Bauvorschrift, die in der DNA bzw RNA codiert ist, gebildet(An den Ribosomen--> Transkription+Translation).

Produktion

Synthese wiederholte Verknüpfung der Aminogruppe einer Aminosäure mit der Carboxylfunktion einer anderen Aminosäure unter Bildung der Peptidbindung. Bildung der Amidfunktion durch nucleophilen Angriff der Aminogruppe einer Aminosäure am C-Atom der Carboxylgruppe einer zweiten Aminosäure Erschwerend: jeweils zwei Amino- bzw. Carboxylgruppen bei den Aminosäuren; nur je eine darf an der Reaktion beteiligt sein Ausserdem: die Carboxylgruppe muss für den Angriff eines Nucleophils durch geeignete Substituenten aktiviert werden.

Allgemeines Schema Im allgemeinen erfolgt die Synthese eines Peptids durch a) Einführung entsprechender Schutzgruppen in die Aminosäurebausteine, b) Aktivierung der Carboxylatgruppe, c) Kupplungsreaktion d) abschließende Abspaltung der Schutzgruppen.

SPPS Die Festphasensynthese (solid phase method) wurde 1963 von MERRIFIELD (Nobelpreis 1984) in die Peptidsynthese eingeführt. Nach der MERRIFIELD-Technik wird zuerst die am Stickstoff geschützte C-terminale Aminosäure an einen unlöslichen Träger(Harz) gebunden. Nach Abspaltung der N-Schutzgruppe wird schrittweise die nächste Aminosäure gekuppelt. Die Kupplung erfolgt gewöhnlich mit Carbodiimid oder nach der Methode der aktivierten Ester. Nach jedem Syntheseschritt wird das am Träger gebundene Peptidprodukt durch Filtrieren abgetrennt und gewaschen. Zum Abschluß wird das Endprodukt durch Behandlung mit HBr in Trifluoressigsäure vom Träger gelöst.

Die einzelnen Reaktionsschritte 1. Anhängen der Aminosäure am Harz 2. Ablösen der Schutzgruppe und Blockierung der NH2-Gruppe der nächsten Aminosäure 3. Kondensation mittels Dicyclohexylcarbodiimid DCHCD 4. Neuerliche Entfernung der Schutzgruppe 5. Kondensieren der nächsten BOC/Fmoc-Aminosäuren mit DCHCD Der letzte Schritt ist das Ablösen des Peptids vom Harz.

Konventionelle Synthese Im Unterschied zur Festphasen-Synthese werden bei der Flüssigphasensynthese lösliche hoch molekulare Träger eingesetzt. Zur Kupplung wird meist Dicyclohexylcarbodiimid eingesetzt, die Entfernung überschüssiger Komponenten erfolgt durch Ultrafiltration oder Kristallisation des Polymer-Peptidesters. Anstelle der polymeren Träger für das aufzubauende Peptid wurden in die Peptidsynthese auch unlösliche polymere Reagenzien in Form von Polymer-Estern oder Polymer-Carbodiimiden eingeführt.

Biologisch In der Natur werden Peptide vorwiegend durch die Proteinbiosynthese gebildet. Die Information über die Sequenz, also Abfolge der Aminosäuren, ist in der DNA codiert. Die biologische Synthese erfolgt an den Ribosomen.

Reinigung der synthetisierten Peptide SPPS: präparative HPLC Das Peptid wird in Lösung gebracht und über spezielle stationäre Phasen gereinigt. Nach der Reinigung wird das Peptid lyophilisiert. Je nach Erfolg der 1. Reinigung kann es vorkommen, das mehrmals gereinigt werden muss Flüssigphasensynthese: Sehr häufig mit Craig-Verteilung

Craig-Verteilung Nach erneuter Gleichgewichtseinstellung enthält nun Trichter 1 noch 1/2 B, Trichter 0 und Trichter 2 je 1/4 B gleichmäßig auf Phase α  und β verteilt, so dass jetzt in Trichter 1 in jeder Phase 1/4 B bzw. dass in den Trichtern 0 und 2 jeweils in beiden Phasen 1/8 B vorliegt. Die leichtere obere Phase vom Trichter 0 wird in Trichter 1 übergeführt. In den Trichter 0 wird wieder die gleiche Menge der reinen Phase nachgefüllt. Vor dem Schütteln enthält nun Trichter Null in der unteren Phase 1/2 B und Trichter 1 in der oberen Phase 1/2 B. Nun wird die Phase β aus dem Trichter 1 in den Trichter 2 überführt und aus Trichter 0 in Trichter 1. Trichter 0 wird erneut mit einem gleichen Volumen reiner Phase β aufgefüllt. Nach dem Schütteln verteilt sich diese Menge an B in beiden Trichtern gleichmäßig auf die obere und untere Phase. Nach Schütteln hat sich das Gleichgewicht eingestellt. Der Stoff wird in Trichter 0 gleichmäßig auf die obere und untere Phase verteilt. Das System der Craig-Verteilung beruht auf der unterschiedlichen Löslichkeit von Produkt und Verunreinigung in den beiden Phasen. In dem vorliegenden Fall enthält Trichter 4 die größte Menge B (etwa 30 %), Trichter 3 und 5 nur geringfügig weniger, der Rest ist entsprechend auf die übrigen Trichter verteilt.

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