1. Einführung in Polypeptide
Peptide sind in der Natur und in lebenden Organismen weit verbreitet. Sie sind eine Art natürliche Substanz, die aus zwei oder mehr Aminosäuren besteht, die durch Peptidbindungen verbunden sind. Sie sind auch Produkte einer unvollständigen Hydrolyse von Proteinen. Bisher wurde in lebenden Organismen eine Vielzahl von Polypeptiden entdeckt, die eine wichtige Rolle bei der Teilnahme an und der Regulierung von Lebensaktivitäten im Körper spielen. Je nach Anzahl der Aminosäuren kann man es in Oligopeptide (2-10 Aminosäuren) und Polypeptide (10-100 Aminosäuren) unterteilen.
2. Synthesemethoden von Polypeptiden
Seit der erfolgreichen Synthese des ersten Peptids, Oxytocin, haben Wissenschaftler nach jahrzehntelangen unermüdlichen Bemühungen eine Vielzahl von Peptidsynthesemethoden entwickelt. Diese Synthesemethoden werden hauptsächlich in biologische Synthesemethoden und chemische Synthesemethoden unterteilt.
Zu den Biosynthesemethoden gehören Extraktionsmethoden, enzymatische Hydrolysemethoden, Genrekombinationsmethoden, Fermentationsmethoden usw.
Natürliche Extraktionsmethoden sind eine Methode zur Extraktion von Polypeptidsubstanzen aus Tieren und Pflanzen. Der Gehalt an Polypeptidsubstanzen in Organismen ist jedoch selten. Die durch diese Methode erhaltenen Polypeptide haben eine geringe Reinheit und können während des Extraktionsprozesses leicht Keime einschleppen. Daher wurde die Extraktionsmethode nach und nach durch andere Methoden ersetzt.
Die enzymatische Hydrolyse nutzt biologische Enzyme, um Proteine in Peptide abzubauen. Diese Methode bietet den Vorteil milder Reaktionsbedingungen, allerdings handelt es sich bei den meisten durch enzymatische Hydrolyse gewonnenen Polypeptiden um Gemische, was die anschließende Trennung und Reinigung erschwert. Im Vergleich dazu ist die enzymatische Hydrolyse in der Lebensmittel-, Kosmetik- und anderen Industriezweigen häufiger anzutreffen.
Bei der Gen-Rekombinationsmethode werden mithilfe der Gentechnik Polypeptide bestimmter Sequenzen in rekombinante DNA in prokaryoten oder eukaryotischen Zellen überführt und exprimiert. Diese Methode hat die Vorteile einer starken gerichteten Expression, der fehlenden Notwendigkeit der Beteiligung von Polypeptidträgern und Schutzgruppen und niedrigen Produktionskosten. Es ist derzeit die am weitesten verbreitete Biosynthesemethode, aber die Methode der genetischen Rekombination weist Probleme wie einen langen Entwicklungszyklus und eine schwierige Reinigung auf.
Fermentation ist eine Methode, die durch den Stoffwechsel von Mikroorganismen aktive Peptide produziert. Diese Methode ist relativ kostengünstig. Da diese Methode jedoch auf dem mikrobiellen Stoffwechsel beruht, kann sie nur zur Herstellung aktiver Peptide verwendet werden, von denen bekannt ist, dass sie nützlich sind, und ihr Anwendungsbereich ist begrenzt. Keine gängige Peptidproduktionsmethode.
Zu den chemischen Synthesemethoden gehören die Flüssigphasensynthese und die Festphasensynthese. Die chemische Synthese ist derzeit noch die wichtigste Methode zur Synthese von Peptiden. Bei der Peptidsynthese ist die Bildung von Peptidbindungen (dh Amidbindungen) ein Schlüsselschritt. Peptidsynthesereagenzien sind spezielle Reagenzien zum Aufbau von Amidbindungen, die eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Syntheseeffizienz von Amidbindungen, der Produktreinheit und der Ausbeute spielen.
Bei der Synthese bestimmt die Leistung der Reagenzien die Wirksamkeit der Synthesestrategie. Peptidsynthesereagenzien können entsprechend ihren Eigenschaften in Kondensationsmittel, Schutzmittel und chirale Racemisierungsinhibitoren unterteilt werden. Kondensationsmittel werden hauptsächlich verwendet, um die Bildung von Amidbindungen zwischen Carbonsäuren und Aminen zu fördern, wodurch die Barrieren der Kondensationsreaktion wirksam verringert und die Reaktionseffizienz verbessert werden können. Diese Reagenzien werden häufig in der Forschung und Entwicklung sowie der Produktion von Peptidarzneimitteln und niedermolekularen chemischen Arzneimitteln verwendet, insbesondere vom Carbodiimid-Typ und vom Oniumsalz-Typ. Letztere können in den kationischen Harnstofftyp und den kationischen Phosphortyp unterteilt werden; Das Schutzmittel ist ein Reagenz, das aktive Gruppen schützt, um sie vorübergehend zu inaktivieren, und Nichtzielreaktionen, die in der organischen und pharmazeutischen Synthese sehr häufig vorkommen, wirksam verhindern kann. Bei der Polypeptidsynthese wird es häufig zum Schutz von Aminogruppen verwendet. Üblicherweise werden Schutzmittel der Fmoc-Serie und Schutzmittel der Boc-Serie verwendet. Chirale Racemisierungsinhibitoren sind Reagenzien, die die Racemisierung von Produkten wirksam hemmen und die optische Reinheit von Produkten während der Synthese verbessern können. Sie werden häufig verwendet. Zu den Racemisierungsinhibitoren gehören HOBt, HOPO usw.
Die Anwendung von Kondensationsreagenzien hat den Prozess der Peptidsynthese erheblich gefördert. Der grundlegende Prozess der chemischen Synthese umfasst: den Schutz aktiver Gruppen, die nicht an der Reaktion teilnehmen; die Aktivierung von Carboxylgruppen, um aktive Zwischenprodukte für die Bildung von Peptidbindungen herzustellen; und Schutzgruppen entschützen.
Die Flüssigphasensynthese ist eine Methode zur Bildung von Peptidbindungen durch chemische Reaktionen in Lösung. Diese Methode verwendet hauptsächlich zwei Strategien: die schrittweise Synthesemethode, bei der die Aminosäuren nach und nach durch Peptidbindungen der Reihe nach verbunden werden; und das Fragmentsyntheseverfahren, das darin besteht, zwei oder mehr synthetisierte Polypeptidfragmente zu dem Zielpolypeptid zu verbinden. Im Vergleich zur Festphasensynthesemethode eignet sich die Flüssigphasensynthesemethode besser für die Synthese kurzer Peptide. Es verbraucht geringe Mengen an Reagenzien, Lösungsmitteln usw. und ist kostengünstiger. Gleichzeitig gibt es viele Möglichkeiten zum Schutz von Gruppen, was für die anschließende Reinigung und Produktion im großen Maßstab von Vorteil ist.
Nachdem die Festphasensynthese 1963 erstmals vorgeschlagen wurde, hat sie sich zu einer gängigen Peptidsynthesemethode entwickelt. Bei dieser Methode wird ein unlösliches Harz als Träger verwendet, der C-Terminus der ersten Aminosäure auf dem Harz fixiert, der zuvor entschützte N-Terminus durch eine Kondensationsreaktion mit der aktivierten zweiten Aminosäure verbunden und anschließend einer Reihe von Kondensationen unterzogen und Waschen. , Entschützung, Waschen, Kondensation und andere Schritte, bis die Synthese des Zielpolypeptids abgeschlossen ist. Als einer der Kernbestandteile der Festphasensynthese spielt die Auswahl der Schutzgruppen eine Schlüsselrolle. Zu den gängigen Methoden der Festphasensynthese gehören derzeit die Boc-Festphasensynthese und die Fmoc-Festphasensynthese: Bei der Boc-Festphasensynthese dient die α-Aminogruppe als Schutz. Zur Entschützung wird die starke Säure Trifluoressigsäure verwendet, während zum Schneiden der Peptidkette schädliche Flusssäure benötigt wird. Einerseits ist Trifluoressigsäure zu sauer und kann dazu führen, dass die Peptidkette während des Syntheseprozesses bricht. Andererseits ist Flusssäure sehr gefährlich und ihre Schädigung für den Körper liegt auf der Hand.
Im Gegensatz dazu ist die Fmoc-Schutzgruppe in der Fmoc-Festphasensynthesemethode relativ säurestabil und kann unter alkalischen Bedingungen ohne den Einsatz gefährlicher Reagenzien wie Flusssäure entfernt werden. Darüber hinaus kann der Reaktionsprozess durch die FMOC-Schutzgruppe überwacht und somit genauer überwacht werden. Der kontrollierte Produktionsprozess ist derzeit die beliebteste Festphasen-Peptidsynthesemethode.
Im Vergleich zur Flüssigphasensynthese bietet die Festphasensynthese offensichtliche Vorteile bei der Synthese langer Peptide. Es ist einfach zu bedienen, Zwischenprodukte müssen nicht gereinigt werden und ermöglicht eine automatisierte Synthese von Peptiden mit hohem Durchsatz. Es ist derzeit die gängige Peptidsynthesemethode.
3. Polypeptid-Medikamente und andere Anwendungen von Peptiden
Die einzigartigen Vorteile von Peptiden haben dazu beigetragen, dass Peptidmedikamente im biomedizinischen Bereich Fuß fassen konnten. Seit Insulin im Jahr 1922 erstmals zur klinischen Behandlung eingesetzt wurde, haben Wissenschaftler erfolgreich verschiedene Peptidmedikamente entwickelt. Im 21. Jahrhundert, mit der klinischen Anwendung der Peptidtherapie und der erfolgreichen Anwendung von Peptidarzneimitteln, schenken die Menschen Peptidarzneimitteln zunehmend Aufmerksamkeit, was der Erforschung solcher Arzneimittel neue Dynamik verliehen hat. Im letzten Jahrzehnt hat die herausragende Leistung von Peptidarzneimitteln in klinischen Anwendungen ihre Position im medizinischen Bereich schrittweise etabliert. Derzeit sind Hunderte von Peptidmedikamenten für die Vermarktung zugelassen und werden zur Behandlung und Diagnose verschiedener Krankheiten eingesetzt, darunter Tumore, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes, Stoffwechselstörungen und endokrine Erkrankungen, Haut- und Knochenerkrankungen, diagnostische Reagenzien, Autoimmunität usw. Zu den Feldern und spezifischen Erscheinungsformen gehören: Bei der Tumorbehandlung werden Peptidmedikamente hauptsächlich zur Behandlung von Prostatakrebs und Brustkrebs eingesetzt, wie Leuprorelin, Goserelin, Degarelix usw.; im Bereich der Herz-Kreislauf-Erkrankungen werden sie hauptsächlich als ACE-Hemmer, Antikoagulanzien etc. eingesetzt, wie z. B. Moexipril, Eptifibatid etc.; Polypeptid-Medikamente im Bereich Diabetes sind hauptsächlich GLP-1-Rezeptoragonisten, die zur Behandlung von Typ-2-Diabetes eingesetzt werden und gute Wirkungen bei der Gewichtskontrolle haben, wie z. B. Semaglutid, Liraglutid, Tilpotid usw.; Voxireprevir, Dalbavancin für Antiinfektiva sowie Lutetiumoctreotid, Pluvicto usw. für diagnostische Reagenzien und radioaktive Therapeutika werden auch in Polypeptiden verwendet. nimmt im breiten Spektrum der Arzneimittelanwendungen einen festen Platz ein.
Inländische Peptidarzneimittel sind hauptsächlich Antitumor- und immunmodulatorische Produkte, wobei die Immuntherapie in China meist als Hilfsmedikament eingesetzt wird, wie beispielsweise Thymopentin usw.
Peptidsubstanzen können nicht nur direkt als Arzneimittel eingesetzt werden, sondern auch die Rolle von Arzneimittelträgern übernehmen und nehmen an der Arzneimittelabgabe teil, insbesondere in den Bereichen Krebsbehandlung, Genabgabe, antibakterielle Mittel, Antiinfektionen und Antioxidantien. Beispielsweise wird ein gezieltes Arzneimittelabgabesystem durch die Kombination eines gezielten Peptids (Targeting-Peptid) mit einem Arzneimittel-Polypeptid-Wirkstoff-Konjugat (PDC) gebildet. Polypeptid-konjugierte Arzneimittel bestehen aus zielgerichteten Peptiden, Linkern und Wirkstoffen. Sie können das Ziel spezifisch erkennen und das Medikament an die Zielzellen abgeben, wodurch die Medikamentenkonzentration im Zielbereich erhöht und die Toxizität für normale Zellen verringert wird, wodurch das Behandlungsziel erreicht wird. Zweck. Beispiele für diese Technologie sind Melflufen und Lutetiumoxyoctreotid, die in den letzten Jahren auf den Markt kamen.
Als natürlicher Ausgangspunkt für die Arzneimittelforschung und -entwicklung verfügen Peptide über ein enormes therapeutisches Potenzial und breite Marktaussichten. Obwohl die Entwicklung von Peptidarzneimitteln mit Herausforderungen wie der oralen Verabreichung und ihrer Verwendung konfrontiert ist, werden die Produktionskosten von Peptidsubstanzen durch die kontinuierliche Innovation von Syntheseverfahren und Biotechnologie in Zukunft weiter gesenkt, und es wird erwartet, dass dies auch bei der Entwicklung neuer Peptidarzneimittel der Fall sein wird veröffentlicht werden. Generell weisen Peptidmedikamente mit ihren einzigartigen Vorteilen großes Entwicklungspotenzial auf. Man geht davon aus, dass Peptidarzneimittel in naher Zukunft eine wichtigere Rolle in der klinischen Medizin spielen werden.
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