1

PEPTYDY BIOLOGICZNIE CZYNNE

Aleksander Kołodziejczyk

Gdańsk 2011

2

Peptydy należą do bardzo rozpowszechnione związków w przyrodzie; pośród nich są: hormony, regulatory, antybiotyki, toksyny, glikopeptydy, lipopeptydy, substancje sygnałowe.

Przykłady peptydów naturalnych

Glutation - GSH

COOH CH2SH

H2N-CH-CH2CH2CO-NH-CH-CO-NH-CH2COOHGlu Cys Gly

-Glu-Cys-Gly

Biosynteza Glu + CysATP

enzym-Glu-Cys GSH

Gly, ATP

enzym

Występuje we wszystkich komórkach zwierząt wyższych i u wielu mikroorganizmów. Znane są jego naturalne analogi, w których zamiast Glu występuje Asp lub pGlu.

GSH2[O]

[H]GSSG + HOH

Jest składnikiem koenzymów: hydrolazy acyloglutationowej, dehydrogenazy foraldehydowej, tautomerazy indolilopirogronowej i innych ciał czynnych.

pozyskiwanyjest z drożdży

bierze udziałw reakcjach redoks

3

Tyreoliberyna, uwalnia tyreotropinę. pGlu-His-ProNH2

Jeden z syntetycznych analogów TRF jest aktywniejszy od hormonu natywnego.

[1-Me-His2]TRF

TRF - Thyreotropin Releasing Factor

NO

O

NHCH2 N

NCH3

H

N CONH2

OC CCpGlu

1-Me-His

Pro-NH2

Peptydy opioidowe. Ich nazwa wywodzi się od opium.

Z produktów naturalnych wyizolowano kilkanaście peptydów opioidowych, a syntetycznie otrzymano kilka tysięcy ich analogów.

Poszukuje się peptydu opioidowego odziałaniu przeciwbólowym, ale pozbawionego niekorzystnych cech morfiny. Zsyntezowano peptydy opioidowe znacznie aktywniejsze od morfiny w działaniu przeciwbólo-wym, ale one też wykazują właściwości narkotyczne: uszkadzają organy wewnętrzne, działają szkodliwie na układ oddechowy i krążenia.

4

Enkefaliny, są to pentapeptydy, początkowo odkryte w mózgu, stąd ich nazwa (gr. enkephalos = mózg), później okazało się, że występują prawie we wszystkich tkankach.

Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu Leu-enkefalina Tyr-Gly-Gly-Phe-Met Met-enkefalina

Prekursorem enkefalin jest białko – proenkefalina A – zawierające 271 reszt AA, w tym 6 sekwencji Met-enkefaliny i 1 sekwencje Leu-enkefaliny .

Peptydy opioidowe oddziałują z tymi samymi receptorami co morfina: i.

Aktywność opiatów i opioidów sprawdza się za pomocą testów, np. dawniej gorącej płytki czy cofania szczurzego ogona , a obecnie in vitro:

GPI – jelita skrętnego świnki morskiej (quina pig ileum) MVD – nasieniowodu myszy (mouse vas deferens)HVD – nasieniowodu chomika RVD – nasieniowodu szczura

5

Enkefaliny jak większość peptydów szybko ulega enzymatycznej hydrolizie tracąc aktywność. Zwiększoną odporność enkefalin na biodegradację uzyskano poprzez - zastąpienie L-AA aminokwasami D-AA,- modyfikację C-końca – amidowanie, redukcja -COOH,- modyfikację N-końca – N-alkilowanie, N-acylowanie,- wprowadzenie wiązań izosterycznych czy cyklizację.

Tyr-D-Ala-Gly-Phe-Leu [D-Ala2]-Leu-enkefalina

[D-Ala2,D-Leu5]-Leu-enkefalina

Tyr-D-Ser-Gly-Phe-Leu-Thr

Tyr-D-Ala-Gly-N-MePhe-Gly-ol

Enkefaliny modyfikowane:

6

Aktywność przeciwbólowa i selektywność morfiny i opioidów

 Analgetyk

IC50(nM) Selektyw-

ność (/)MVD/GPI

GPI MVD

Morfina 70 390 5,6

Met-enkefalina 157 15 0,1

Leu-enkafelina 246 11 0,05

-endorfina 67 82 1,2

Dermorfina 3 29 9

Dynorfina A(1-13) 231 162 0,1

[-Ala]-Met-enkefalina >1500 >3000 >2

[Ala1]-dynorfina A(1-13) 750 25 500 34

Tyr-Ala-Gly-NHCH(CH3)CH2CH(CH3)2 >5.104 >5.104 ~1

Na podstawie aktywności w testach GPI i MVG można oszacować względną selektywność preparatu wobec receptorów i

Tyr-D-Met-Gly-MePhe-ol (syndyphalin) >105    

7

Morfina i enkefaliny są zupełnie różnymi związkami; różnią się składem i kształtem. Morfina jest sztywnym policyklicznym związkiem, a cząsteczki enkefalin są elastyczne, a to pozwala im przyjmować różne kształty, w tym zbliżone do pewnych fragmentów morfiny. W morfinie i w enkefalinach występuje podobny strukturalnie fragment przypominający tyraminę – endogenną aminę.

OH

CH2

CH2NH2

tyramina

N CH3

OH

CH2

CH

OH

O

morfina enkefalina nalokson

OH

CH2

CHNH2

Gly-Gly-Phe-Leu

O C

Tyr

(Met)

N CH2-CH=CH2

OH

CH2

CH

O

O

8

Endorfiny – endogenne morfiny

Znane są, , i endorfiny; różnią się one długością łańcucha peptydowego (około 30 AA) i nieznacznie składem AA.

-endorfina człowieka

1 5 10 15Thr-Gly-Gly-Phe-Met-Thr-Ser-Glu-Lys-Ser-Gln-Thr-Pro-Leu-Val- 

20 25 30

- Thr- Leu-Phe-Lys-Asn-Ala-Ile-Ile-Lys-Asn-Ala-Tyr-Lys-Lys-Gly-Glu

Endorfiny występują w wielu tkankach, np. w mózgu, płynie mózgowo-rdzeniowym, nerkach, we krwi, w żołądku, jelitach, a nawet w łożysku.

Wysiłek fizyczny, zadowolenie z osiągniętego sukcesu akupunktura i stres wywołują wydzielanie się endorfin. Przyjmowanie egzogennnych endorfin prowadzi do uzależnienia.

Inne peptydy opioidowe: dynorfiny, kazomorfiny, dermorfiny.

9

Adrenokortykotropina – ACTH, (kortykotropina), 39-peptyd, wykryty w latach 50. XX w., pierwsza syntezę przeprowadzono w 1963 r. Hormon produkowany przez przedni płat przysadki mózgowej, działa w nadnerczach, gdzie stymuluje wytwarzanie kortykosterydów

1 5 10 15

Ser-Tyr-Ser-Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly-Lys-Pro-Val-Gly-Lys- 

20 25 30

-Lys-Arg-Arg-Pro-Val-Lys-Val-Tyr-Pro-Asn-Gly-Ala-Glu-Asp-Glu- 

35 39

-Ser-Ala- -Glu-Ala-Phe-Pro-Leu-Glu-Phe

ACTH ludzkie

W ACTH różnych ssaków obserwuje się niewielkie różnice w składzie AA. N-końcowy fragment 1-24 zachowuje pełną aktywność biologiczną.

AA 5-10 stanowiąmiejsce aktywne hormonu

11-18 miejscewiążące z receptorem

11-24adres

25-39 specyficzność gatunkowa

Syntetyczne analogi ACTH (głównie 1-24), produkowane od 1967 r., są stosowane klinicznie do leczenia alergii, zapalenia stawów i innych organów, stymulowania przysadki, w onkologii, hematologii, endokrynologii, dermatologii ...

10

Prekursorem ACTH jest glikoproteina - proopiomelanokortyna . Z niej powstają także melanotropiny, lipotropiny oraz peptydy opioidowe.

C CC C R-K R-R K-R K-R K-K R-R K-R K-K K-R K-K

1 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260

ACTH

-MSH -MSH -MSHpeptydsygnałowy

peptyd N-terminalny

3-MSH

-LPH

-LPH -endorfina

Melanotropina – MSH

Przysadka mózgowa wytwarza trzy melanotropiny:

Stymulują one syntezę melaniny i regulują dystrybucję tego barwnika w skórze. Poziom MSH regulują melanoliberyna i melanostatyna.

Żaby i jaszczurki pod wpływem MSH dostosowują swoje zabarwienie do koloru otoczenia. Syntetyczny analog [Nle4,D-Phe7]-MSH jest znacznie aktywniejszy i działa dłużej niż peptyd natywny.

(13 AA) (18 AA) (12 AA)

1 10

Ac-Ser-Tyr-Ser-Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly-Lys-Pro-Val-NH2 -MSH

11

Oksytocyna i wazopresyna

9-peptydy wytwarzane w podwzgórzu i magazynowane w przysadce; należą do neuropeptydów, czyli hormonów peptydowych wydziela-nych przez tkankę nerwową. Nazywane są też a hormonami tylnego płata przysadki mózgowej.

Są znane również hormony tkankowe, wytwarzane przez tkanki pełniące inne funkcje (np. w żołądku wydzielana jest gastryna) i hormony gruczołowe (wydzielane przez specjalne gruczoły dokrewne, np. androgeny, estrogeny czy kortykosteroidy)

Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2

oksytocyna

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Cys-Tyr-Phe-Gln-Asn-Cys-Pro-Arg-Gly-NH2

wazopresyna

1 2 3 4 5 6 7 8 9

OT

AVP

Oksytocyna i wazopresyna są cyklicznymi nonapeptydami.

ludzka i wołowa

12

Oksytocyna wywołuje skurcze mięśni gładkich ciężarnej macicy – aktywność oksytotyczna , wraz z prolatyną stymuluje laktację – aktywność laktacyjna. Wpływa na zespół zachowań macierzyńskich - ZZM.

Podana dziewiczym samicom szczura wywołuje ZZM u >40% samic; podana dziewiczym samicom szczura wraz z estrogenami wywołała ZZM w >80% przypadków.

Jest odpowiedzialna za aktywność socjalną.

Wazopresyna reguluje stężenia moczu, jest to aktywność antydiurety-czna. Zagęszcza promocz do dziesięciu razy. Nazywana też jest antydiuretyną (hormonem antydiuretycznym).

Brak lub małe stężenie AVP wywołuje moczówkę prostą. AVP wpływa na zwiększenie ciśnienia tętniczego krwi jest to aktywność presyjna. Stymuluje także proces zapamiętywania i uczenia się.

13

Zbliżona budowa OT i VP są odpowiedzialne za resztkową hormonalną aktywność obu peptydów

Peptyd Aktywność [jednostki międzynarodowe IU]

oksytotyczna laktacyjna antydiu-retyczna

presyjna

OT 520 475 4 4

AVP 14 70 323 369

[Thr4]OT 923 543 0,9 0,5

[Phe2,Orn8]OT ~1 7 0,6 124

dVDAVP ~8 - 1230 antagonista

dDAVP - 3 1200 0,4

14

Produkcja oksytocyny

Oksytocynę wytwarza się syntetycznie metodą SPPS.

Z-Cys(Bzl)-Tyr(Bzl)-Ile-Gln-Asn-Cys(Bzl)-Pro-Leu-Gly-PNH3/MeOH

Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2

[O]

Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2

Z-Cys(Bzl)-Tyr(Bzl)-Ile-Gln-Asn-Cys(Bzl)-Pro-Leu-Gly-NH2

Na/NH3liq

Znana jest również synteza enzymatyczna OT

Boc-Cys(Acm)-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys(Acm)-Pro-Leu-Gly-NH2

CT: chymotrypsyna; CP: chymopapaina; P: papaina; Y: karboksypeptydaza; PPSE: postprolinowa specyficzna endoproteaza

P CT Y CP CP P PPSE Y

15

Insulina51-peptyd wytwarzany w trzustce należy do jednych z najlepiej znanych peptydów, ponieważ jest powszechnie stosowanym lekiem przez diabetyków. Zaliczana jest czasami do białek, ponieważ tworzy dimery, a nawet heksamery zawierające ponad 100 reszt AA.

Została odkryta w 1921 r. a jej odkrywcy otrzymali nagrodę Nobla już w 1923 r. Insulina zbudowana jest z dwóch łańcuchów: A, w którym jest 21 reszt AA i B, zawierającym 30 reszt. Oba łańcuchy połączone są dwoma mostkami disilfidowymi, a ponadto w łańcuchu A znajduje się trzeci mostek disulfidowy.

16

Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Thr-Ser-Ile-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Phe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tyr-Leu-Val-Cys-Gly-Glu-Arg 22

Gly

30 29 28 27 26 25 24

Phe

23

Tyr PheThrProLysThr

S-S S-S

S S

A

B

Insulina jest lekiem ratującym życie diabetykom. Przez dziesiątki lat w terapii stosowano insulinę izolowaną z trzustek zwierząt rzeźnych – wołową i wieprzową. Z 1 kg trzustek wołowych otrzymuje się około 2000 IU insuliny, a jednorazowa dawka lecznicza wynosi kilkaset IU.

Insulina wieprzowa i wołowa wykazują aktywność biologiczną prawie identyczną z HI, jednak po długotrwałym stosowaniu mogą, jako obce białka, wywoływać reakcje alergiczne, nawet groźne dla życia.

1 mg insuliny = 24 IU

17

Chemiczna synteza HI jest ekonomicznie nieopłacalna, nie można jej również ze względów oczywistych pozyskiwać z materiału ludzkiego. W latach 80. XX w. rozpoczęto produkcję HI dzięki inżynierii genetycznej wykorzystując bakterie E. coli zawierające gen odpowiedzialny za wytwarzanie tego hormonu.

Produkcję prowadzi się dwoma sposobami:

a. wytwarzanie proinsuliny i jej hydrolizę do insuliny

b. osobną syntezę obu łańcuchów i utlenianie ich do HI

18

SS

S

S

SS

OOC

H3N

510

15 2025

30

510

1520

5

10

10 15

2025

-

+

33proinsulina

84 AA

SS

S

SS

NH3

OOCS

5

510

15

20

10 15

2025

-

+

insulina 51 AA

19

Łączenie obu łańcuchów A i B tak, żeby powstała insulina początkowo napotykało na ogromne trudności. Utlenianie obu łańcuchów prowadzi do powstania wielu produktów: monomerów, oligomerów liniowych i cyklicznych, w tym tylko 1-2% właściwej HI.

Powstają 4 monomery: 3 A i 1 B ; dimerów jest więcej: 57 A2, 2 B2, 12 AB; tworzy się ~ 3000 trimerów: A3, B3, A2B, AB2 ; ponadto tetramery i wyższe oligomery.

20

SH SH

SH SH

SH SH

A

B[O]

S S

S S

[O] S SS S+

S

SS

S+

AA

S S

BB

[O]

S S

S S

S SHI

S

S

S

S S

S+

S

S

S

S

S S+

S

S

S

S

S S+

S S

S S

S S+

AB + 6

S

SS

S

S S

+

+

21

O3SS

SSO3

S S

O3SS

O3SSSO3

30

B

Phe

1

2

3

4

5

6

7

8

910

1112

14

15

17

28

13

16

Cys

24

23

18

19

20

21

22

25

27

29

26

Phe

Val

Asn

Gln

His His

Leu

Gly

Gly

Gly

Ser

Leu

Leu

Leu

Val

Val

Glu

Glu

Ala

Tyr

Tyr

Cys

Arg

Phe

ThrPro

LysThr

1

AGly

Ile

ValGlu

Gln

CysCys

CysThr Ser

Ile

Ser

Leu

Tyr

GlnLeu Glu

Asn

Tyr

CysAsn

13

16

2

3

4

5

6

7

8 9

10

1112

14

1517 18

19

20 21-

O3S-

-

-

-

-

+

S S

S

S

1

A

Gly

Ile

ValGlu

Gln

CysCys

CysThr Ser

Ile

Ser

Leu

Tyr

GlnLeu Glu

Asn

Tyr

CysAsn

13

16

2

3

4

5

6

7

8 9

10

1112

14

1517 18

19

20 21

DTT

S

S

B

Phe

1

2

3

4

5

6

7

8

910

1112

14

15

17

28

13

16

Cys

24

23

18

19

20

21

22

25

27

26

Phe

Val

Asn

Gln

His His

Leu

Gly

Gly

Gly

Ser

Leu

Leu

Leu

Val

Val

Glu

Glu

Ala

Tyr

Tyr

Cys

Arg

Phe

ThrPro

LysThr30 29

DTT – odczynnik Clelanda

SH

OHOH

SH butano-2,3-diol-1,4-ditiol HI 50%

22

Znana jest także mikrobiologiczno-chemiczna metoda otrzymywania HI.

Są drożdże wytwarzające peptyd zbliżony budową do HI, tzw des(B30), znany jako insulina jednołańcuchowa. Ma ona mostki disulfidowe w tych samych miejscach co HI, brakuje jej jednak Thr30. des(B30) przekształca się w HI w reakcji transpeptydacji za pomocą trypsyny w obecności estru Thr.

S S

S

S

S

S

Lys-Gly Asn

Phe

S S

S

S

S

S

Gly Asn

Phe

Lys-Thr-OR

Thr-OR

T

23

Insulina do celów farmakologicznych musi być dokładnie oczyszczona

 

Proces

Zawartość

białka drożdży [ppm]

SCI lub HI[%] (HPLC)

Fermentacja drożdżowa    

Odwirowanie komórek drożdżowych    

Oczyszczanie na jonitach >15 000 90

Krystalizacja <10 97

Transpeptydacja do estru HI    

Filtracja żelowa, oddzielenie CT    

Oczyszczanie na jonitach    

Usuwanie osłony estrowej    

Preparatywna HPLC <1 >99,5

Insulina jednoskładnikowa – jeden pik w HPLC

24

Od końca XX w. insulinę zaczęto wykorzystywać do dopingu. Pomaga ona zwiększać masę mięśni, działa synergicznie ze sterydami anabolicznymi i hormonem wzrostu. Podana wraz z glukozą bezpośrednio przed zawodami zwiększa wydolność zawodnika, ponieważ zwielokrotnia szybkość spalania glukozy.

Egzogenna insulina jest trudna do wykrycia, gdyż trudno ją odróżnić od endogennej, a ponadto połowiczny czas rozpadu insuliny wynosi tylko kilka minut.

Insulina jest nie tylko nielegalnym anabolikiem, ale i substancją niezwykle groźną dla zdrowia i życia. Niszczy system immunologiczny, degeneruje organy wewnętrzne, wywołuje bezpłodność, a przedawkowanie prowadzi do śpiączki i zgonu.

25

Tuftsyna, jest to tetrapeptyd – Thr-Lys-Pro-Arg – o właściwościach immuno-regulacyjnych, antybakteryjnych, antywirusowych i antykancero-gennych, wyizolowany został z krwi ssaków. Pomimo wielu prób i otrzymaniu dużej liczby analogów nie znalazła zastosowania terapeutycznego; szybko ulega biodegradacji.

Proktolina– peptydowy hormon owadzi – Arg-Tyr-Leu-Pro-Thr . Działa jako neurotransmiter i czynnik miotropowy – wywołuje skurcze odbytnicy, mięśni gładkich, szkieletowych, serca, jelit i jajowodów. Prowadzono próby wykorzystania proktoliny do zwalczania niepożądanych owadów.

Bombezynę I wyizolowana ze skóry żab europejskich rodzaju Bombina.pGlu-Gln-Arg-Leu-Gly-Asp-Gln-Trp-Ala-Val-Gly-His-Leu-Met-NH2

Obniża ciśnienie krwi, wywołuje skurcze mięśni gładkich, silnie oddziałuje na centralny układ nerwowy, zaburza działanie mechanizmu utrzymującego stałą temperaturę ciała ssaków. 1 ng wprowadzony do mózgu szczura przetrzymywanego w pomieszczeniu o temp. 4oCpowoduje obniżenie temperatury jego ciała do 5oC w ciągu 15 min.

26

Somatotropina – STH, hormon wzrostu – GH

Ludzka STH zawiera 191 reszt AA, jest więc białkiem, jednak zwykle omawia się ją razem z h. peptydowymi. Nazwa somatotropina pochodzi odtego, że oddziałuje na całe ciało – działa anabolicznie.

Jej synteza zachodzi w przednim płacie przysadki mózgowej. Stymuluje wzrost ciała (stąd h. wzrostu), wpływa głównie na podłużny wzrost kości, co umożliwia rozrost tkanek miękkich. Syntezę STH uruchamia somatoliberyna, a wstrzymuje somatostatyna.

Brak STH w okresie wzrostu prowadzi do karłowatości; zdarza się kilkanaście przypadków na 1 mln urodzeń. Nadmiar STH w okresie wzrostu prowadzi do gigantyzmu, w wieku dorosłym też wywołuje akromegalię – przerost kończyn, języka, nosa, podbródka i uszu.

Karłowatość można leczyć somatoliberyną. W wielu przypadkach trzeba stosować STH, można za pomocą tego hormonu zwiększyć wzrost o 20 cm, a nawet więcej. Hormon należy podawać od momentu wykrycia karłowatości do osiągnięcia wieku dorosłego. Koszt kuracji – tysiące euro miesięcznie.

27

STH stosuje się też w przypadku zespołu Turnera, rzadkiego schorzenia dziewcząt wynikającego z braku u nich drugiego chromosomu X. Podawanie takim dziewczynkom STH nie leczy, ale zmniejsza objawy schorzenia poprzez przyspieszenie wzrostu pacjentek i zapewnia zachowanie żeńskich proporcji ich ciała.

Nie leczy z bezpłodności

Chemiczna synteza STH jest nierealna otrzuje się go z 1% wydajnością i 2% aktywnością. Pozyskiwanie STH z ludzkich zwłok jest mało wydajne i niebezpieczne ze zdrowotnego punktu widzenia. STH innych ssaków jest nieaktywne dla ludzi.

STH jest pierwszym białkiem, którego produkcja została uruchomiana dzięki inżynierii genetycznej.

STH jest szeroko stosowana w terapii, między innymi do leczenia oparzeń, niepłodności, dystrofii mięśniowej, rzeszotowienia kości,odleżyn i złamań, przewlekłej niewydolności nerek, zaburzeń okresu przekwitania. Przedawkowanie STH prowadzi do cukrzycy i nowotworów.

28

Pod koniec XX w. STH zaczęto stosować jako środek dopingowy. Jest również reklamowana jako cudowny eliksir młodości.

Wykorzystywanie STH w sporcie jest zakazane!

Ze względu na obecność endogennej STH wykrycie stosowania jej jakodopingu było bardzo trudne. Początkowo domyślano się stosowania STH jako dopingu na podstawie wzmożonego przemytu tego preparatu przed ważnymi zawodami. Obecnie można wykryć endogenny STH w próbce krwi pobranej od zawodnika.

29

Toksyny

Wiele toksyn ma budowę peptydową. Zawierają one często AA niebiał-kowe, w tym D-AA, i -rozgałęzione, co utrudnia ich biodegradację w organizmie, a więc przeciwdziała szybkiej utracie aktywności. Podobną rolę pełni cykliczna budowa toksycznych peptydów.

NH

CH3

OSCH2 R''

HCN

H

OH

CO

CH3

NH-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH2-CO

CO-CH-NH-CO-CH-NH-CO-CH2-N

H2C-COOR'''

NH

CH-CH-CH2-CH3

CO

RCHR

CHCH3

Amatoksyna toksyczny peptydjadu muchomora sromotnikowego

30

Antybiotyki peptydowe

Do antybiotyków peptydowych należą m.i. penicyliny i cefalosporyny.

O

NH

N

SCH3

CH3HOOC

C-CH2

O

Val

Cys

RCO-

benzylopenicylina(penicylina G)

Wydzielana przez pleśń Penicilinum notatum penicylina G odkryta w 1929 r. przez Fleminga; w terapii została zastosowana w 1942 r. W 1945 r. Fleming oraz Florey i Chain otrzymali nagrodę Nobla. W 1998 r. czytelnicy Polityki uznali penicylinę za największe odkrycie XX w.

31

Penicylina G przez dziesiątki lat była najczęściej stosowanym antybio-tykiem. Później wprowadzono do terapii jej półsyntetyczne analogi odporniejsze na działanie -laktamazy, przyjmowane doustnie, lub pod innym względem przewyższające związek macierzysty.

Produkcja penicylin półsyntetycznych oparta jest na aminokwasie – 6-AP (kwasie 6-aminopenicylanowym) otrzymywanym z penicyliny G w reakcji hydrolizy, enzymatycznej lub chemicznej

O

NH-CO-CH2-

N

SCH3

CH3HOOC

hydroliza

enzymatycznalub chemiczna

O

NH2

N

SCH3

CH3HOOC

penicylina G

kwas 6-aminopenicylanowy 6-AP

pierścieńtiazolidynowy

32

Kwas 6-AP można acylować dowolnym kwasem.

O

NH

N

SCH3

CH3HOOC

RO

C

penicyliny półsyntetyczne

R

OH2C

V-cylina –fenoksymetylopenicylina, zawiera resztę kwasu fenoksyoctowego, powstaje fermentacyjnie po dodaniu kwasu fenoksyoctowego do brzeczki fermentacyjnej

ampicylina – aminofenylometylopenicylina, reszta fenyloglicyny.

MeO

MeO

metycylina – 2,6-dimetoksyfenylopenicylinareszta kwasu 2,6-dimetoksybenzoesowego

CH

NH2

33

NO

CH3

oksacylina – 3-fenylo-5-metylo- 4-izoksazolilopenicylina, reszta kwasu 3-fenylo-5-metyloizoksazolokarboksylowego

O

NH

N

SCH3

CH3HOOC

MeOO

CHS

COOH

C temocylina – metoksypenicylina, bardzo odporna na działanie -laktamaz

O

NH

N

SCH3

CH3

O

O O

O

O

C(CH3)3

CH

NH2

CH2

C

C

C

piwampicylina – wchłania się szybko i prawie całkowicie z przewodu pokarmowego

S

CH2N

O

NH

COOHO

O

CH3

(CH2)3

O

CH

NH2

COOH

C

Ccefalosporyna C

pierścieńtetrahydrotiazynowy

34

Bacytracyny są wytwarzane przez Bacillus licheniformis

11-peptyd

Antybiotyk bardzo toksyczny dla ludzi; używany zewnętrznie, w postaci kropel, maści lub proszku.

NH2N

SCH3-CH2-CH-CH

CO

HCH3

H

H

bacytracyna A

Leu D-Glu Ile

LysD-OrnIleD-Phe

His D-Asp Asn

35

Aktynomycyny są wytwarzane przez szczepy Streotomyces

O

N

CH3 CH3

NH2

O

Thr O O Thr

O O

C C

D-Val

MeVal Pro

Sar

D-Val

Pro

Sar

MeVal

aktomycyna D2 (daktynomycyna);ma pomarańczowe zabarwienie.

dwa pierścienie pentadepsi-peptydowe przyłączone do barwnego układu aminofeno-ksazonowego – kwasu 2-amino-4,6-dimetylo--3-okso-3H-fenoksazono-1,9-dikarboksylowego

Należą do chromopeptydów, barwnych związków zawierających chromofory.

Polimyksyny są wytwarzane przez bakterie Bacillus polymyxa

i-oktanoilo-A2bu-Thr-A2bu-A2bu-A2bu-D-Phe-A2bu-A2bu-Thr polimyksyna B2

N-acylowane cykliczne dekapeptydy , bardzo aktywne przeciw bakteriom Gram-ujemnym; toksyczne dla ludzi. Stosowane są zewnętrznie, np. w kroplach do oczu i uszu.

36

Walinomycyna Cykliczny 12-peptyd o właściwościach jonoforowych

trzykrotnie powtarzający się tetradepsipeptyd: L-mle-Val-D-HO-i-wal-D-Val

L-mle: kwas L-mlekowy

D-HO-i-wal: kwas D-hy-droksyizowaleraianowy

D-Val

Val

L-mle

D-HO-i-wal

Val

D-Val

L-mle D-HO-i-wal

Val

D-Val

L-mle

D-HO-i-wal

O

N

O

O

H

CH3

CH3

OCH3

N O

O

O

H

CH3

CH3

CH3CH3

N

O

HO

OCH3

CH3

N

CH3

O

HCH3

CH3

O

N

CH3

CH3

O

O

H

CH3

CH3

ON

CH3

CH3O

H

CH3

CH3OCH3

O

37

Gramicydynywytwarzane przez Bacillus brevis

Mają właściwości jonoforowe

LeuOrn

Val

Pro

D-PheLeu

Orn

Val

Pro

D-Phe

gramicydyna S

dwykrotnie powtórzonyfragment pentapeptydowy

Zagnieżdża się w błonach komórkowych tworząc wyrwy, przez które transportowane są protony i jony metali alkalicznych,

co zaburza gospodarkę mineralną komórki

K+

38

Gramicydyna A jest liniowym 15-peptydem, który przyjmuje kształt helisy z hydrofobowymi grupami bocznymi ustawionymi na zewnątrz

Taka helisa w postaci dimeru ogon-ogon zagnieżdżając się w błonie komórkowej tworzy transbłonowy kanał transportujący jony kationów metali alkalicznych, np. Na+

Pojedynczy kanał jest w stanie przetransportować

107 kationów/sek

-ValGly

AlaD-Leu

D-ValVal

TrpD-Val

Ala

D-LeuTrp

D-LeuTrp

TrpD-Leu

-NH-CH2-CH2OH

CHO 1

5

10

15