7A-1 TERPENY V PŔÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ. Vybrané kapitoly z chemie přírodních látek

Transkript

1 TERPEY V PŔÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ LIGPEPTIDY V PŘÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ SYTÉZA KIVE 7A-1

2 TERPEY V PŔÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ Po staletí bylo známo, že rostlinné materiály obsahují látky, které lze získat destilací s vodní parou. Tato vonná tekutina byla nazývána esenciální oleje. Používala se v medicíně, ve voňavkářství a jako koření. Studium esenciálních olejů v 19. století položilo jeden ze základních pilířů organické chemie. Bylo zjištěno, že se skládají z mnoha látek, dominantní postavení znamenají však převážně lipofilní nízkomolekulární sloučeniny zvané terpeny. ěkdy jsou řazeny mezi lipidy. 3 C C 3 C 3 3 C karvon pačulový alkohol α-pinen mátový olej pačulový olej terpentin 3 C C 3 7A-2

3 TERPEY V PŔÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ isoprenové pravidlo (Leopold Růžička 1953, Wallach 1914) [2-methyl-1,3-butadien] hlava 1 počet uhlíků a více počet isoprenů 4 pata (ocas) n klasifikace monoterpen sesquiterpen diterpen sesterterpen triterpen steroidy tetraterpen polyterpeny nor-, (dinor-, trinor-, tetranor-) diterpeny triterpeny, steroidy, homoterpeny, homosteroidy isoprenové pravidlo spojování jednotek hlava-pata 7A-3

4 TERPEY V PŔÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ biosyntéza C 3 CSCoA C 3 CC 2 CSCoA mastné kyseliny kyselina mevalonová C C 2 PP mevalonlakton isopentenyl difosfát 7A-4

5 TERPEY V PŔÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ přehled biosyntézy terpenů (a steroidů) skvalen PP skvalenoidy: triterpenoidy steroidy PP DMAPP IPP GPP IPP C 30 PP PP FPP α,α -dimerizace GGPP C 40 PP GPP PP FPP IPP PP C 25 C 10 C 15 geranygeranyldifosfát GGPP C 20 7A-5

6 TERPEY V PŔÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ MTERPEY 2 isoprenové jednotky 10 uhlíků karan pinan thujan bornan kamfan 7A-6

7 TERPEY V PŔÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ nerol šípková růže pomerančový květ α-terpineol cyklasy geranyldifosfát PP Δ 4 -karen borovice geraniol šípková růže levandule limonen pomerančový a citronový olej MTERPEY 2 isoprenové jednotky, 10 uhlíků borneol α-pinen fenchol thujon terpentin pelyňková silice 7A-7

8 TERPEY V PŔÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ SESKVITERPEY 3 isoprenové jednotky 15 uhlíků PP 2,3-Z PP 5 2,3-E a b c d většinu skeletů lze odvodit od kationtů a a b skelety acyklické, monocyklické a bicyklické uhlovodíky nasycené, nenasycené, alkoholy, aldehydy, ketony kyseliny, laktony a epoxidy 7A-8

9 TERPEY V PŔÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ SESKVITERPEY 3 isoprenové jednotky 15 uhlíků farnesan bisabolan driman eremofilan není dodrženo hlava-pata eudesman chamazulen vetivazulen germakran humulan karyofylan santalan bergamotan 7A-9

10 TERPEY V PŔÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ farnesol, lipový květ zingiberin, zázvor juvabion CC 3 6-E/Z C kyselina abscisová juvenilní hormony působí při metamorfose hmyzu specifický endogenní inhibitor vyšších rostlin antagonista gibberelinů 7A-10

11 TERPEY V PŔÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ fytan loban cembran labdan trinervitan abietan pimaran taxan DITERPEY 4 isoprenové jednotky 20 uhlíků ent-kauran gibberellan kempan 7A-11

12 TERPEY V PŔÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ Ph Ph E/Z Ac Ac Ph fytol v molekule chlorofylu vitaminy A retinol retinal kyselina abietová, kalafuna taxol Taxus brevifolia, Taxus baccata taxiny, taxanová skupina tisy, jedovaté prototyp nového chemotherapeutika 7A-12

13 TERPEY V PŔÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ TRITERPEY 6 isoprenových jednotek biosyntéza skvalenu 30 uhlíků 2 molekuly farnesyldifosfátu (FPP) spojené hlava-hlava další triterpeny vznikají cyklizací skvalenu jde o největší skupinu isoprenoidů a prekursory steroidů PP PP 7A-13

14 TERPEY V PŔÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ TRITERPEY 6 isoprenových jednotek 30 uhlíků skvalen cyklizace skvalenu skvalenepoxid lanosterol 7A-14

15 TERPEY V PŔÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ TRITERPEY 6 isoprenových jednotek 30 uhlíků dammaran onoceran ambran hopan skvalen malabarikan nebo 2,3-epoxyskvalen arboran protostan gammaceran lanostan 7A-15

16 TERPEY V PŔÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ dammaran lupanový skelet základní typy skeletů pentacyklických triterpenů lupan oleanan ursan příklad známé sloučeniny betulin z kůry březové 7A-16

17 TERPEY V PŔÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ skvalen pokračování biosyntézy steroidního jádra (skeletu) ze skvalenu lanosterol cyklolanosterol cholesterol 7A-17

18 TERPEY V PŔÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ TETRATERPEY 8 isoprenových jedn. 40 uhlíků 3 6 6' 3' fytoen rajčata β-karoten prekursor vitamínu A 2 molekuly retinolu retinal 6 3 C C 7A-18

19 LIGPEPTIDY V PŘÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ peptidové alkaloidy alkaloidy obsahující aminokyseliny vázané peptidickou vazbou námelové alkaloidy (námel Claviceps převážně purpurea) z podskupiny tripeptidových derivátů lysergové kyseliny, které všechny obsahují prolin kyselina lysergová R 1 R 2 aminokyseliny prolin ergotoxiny (R 1 = C(C 3 ) 2 ), ergotaminy (R 1 = C 3 7B-19

20 LIGPEPTIDY V PŘÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ peptidové alkaloidy alkaloidy obsahující aminokyseliny vázané peptidickou vazbou cyklopeptidové alkaloidy (zejm. z Rhamnaceae), celkem asi 100 sloučenin typu R 1 A R 2 amphibin A, zizyphin A, frangulanin slabá antibiotika, rep. inhibice fosforylace a membránové efekty 7B-20

21 LIGPEPTIDY V PŘÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ peptidové alkaloidy alkaloidy obsahující aminokyseliny vázané peptidickou vazbou amanitiny a falotoxiny 3 C C C C 2 C C S C 2 C CR C α-amanitin β-amanitin C C R = 2 R = C 3 C C 2 C 3 C 3 S C 3 C 3 C 3 faloidin LD 50 od 0,2 mg/kg (myš) 7B-21

22 LIGPEPTIDY V PŘÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ Cys Tyr Ile Gln Asn Cys Pro Leu Gly 2 2 C oxytocin peptidové hormony 9 Gly 2 C vasopressin 3 C C 2 C C C 3 C 2 C 8 Leu C C 2 C 2 C C C 2 C C 2 C 2 7 Pro C 2 C C 5 Asn S 6 Cys S 2 C C 2 C C 2 C 4 Gln 1 Cys C 2 C 3 Ile 2 Tyr C C C C C C 3 C 2 C 2 C 3 Cys Tyr Phe Gln Asn Cys Pro Arg Gly 2 7B-22

23 LIGPEPTIDY V PŘÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ Cys Tyr Phe Gln Asn Cys Pro Arg Gly 2 S C 2 C 2 C Tyr Phe Gln Asn Cys Pro D-Arg Gly 2 Adiuretin, DDAVP, ctostim (Ferring) [1-(3-Mercaptopropanoic acid)-8-d-arginin vasopressin] Analog vasopressinu s vysokou antidiuretickou aktivitou, lék na Diabetes insipidus M. Zaoral et al., Coll. Czech. Chem. Commun. 32, 1250 (1967). vasopressin 7B-23

24 LIGPEPTIDY V PŘÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ Ala Ser Thr Thr Thr Asn Tyr Thr ktapeptidový segment lidkého viru imunodeficience (IV) z obálkového glykoproteinu; pojmenovaný peptid T pro vysoký obsah threoninu. Je popsáno, že blokuje in vitro vazbu IV obálky na lidský leukocytový receptor CD C C L-Alanyl-(6-diazo-5-oxo)-L-norleucyl-(6-diazo-5-oxo)-L-norleucin Tumor-inhibující antibiotikum produkované Streptomyces griseoplanus z půd získaných u města Williamsburg, Iowa 2 7B-24

25 LIGPEPTIDY V PŘÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ 1 Lys Cys Asn Thr Ala Thr Cys Ala Thr Gln Arg Leu Ala Asn Phe Leu Val is 37 2 Tyr Thr Asn Ser Gly Val Asn Thr Ser Ser Leu Ile Ala Gly Phe Asn Asn 61 Lidský amylin, peptid vylučovaný s inzulinem Tyr Gly Gly Phe Met Thr Ser Glu Lys Ser Gln Thr Pro Leu Val 91 Ser Ser Glu Gly Lys Lys Tyr Ala Asn Lys Ile Ile Ala Asn Lys Phe β-endorfin Generický název odvozen od "endogenous morphine, skupiny látek, endogenních ligandů opiátových receptorů nalezených v mozku i jinde u obratlovců. Účinek je srovnatelný s opiáty jako např. s morfinem. Sekvence je z β-lipotropinu, prekursoru o mv ~30,000, z hypothalamu, mozku a jiných tkání. Thr Leu 7B-25

26 LIGPEPTIDY V PŘÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ endorfinům jsou příbuzné enkefaliny Tyr-Gly-Gly-Phe-Met Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu Met-enkefalin Leu-enkefalin endogenní ligandy opiátových receptorů izolované r z mozku prasat syntetizovány byly stovky derivátů přírodních neuropeptidů, které se používají i prakticky analgetika, proti obesitě (omezují chuť k jídlu) Phe Gly Gly Phe Thr Gly Ala Arg Lys Ser Ala Arg Lys Leu Ala Asn Gln ociceptin, orphanin FQ; FQ, strukturně podobný leč neváže se ke klasickým opioidním receptorům. Váže se na příbuzný receptor RL-1. europeptidy jsou příkladem látek s relativně volným konformačním uspořádáním jejichž vazba na receptor je umožněna tzv. indukovaným přizpůsobením. (Dynamický farmakofor) 7B-26

27 LIGPEPTIDY V PŘÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ 3 C 2 3 C Cl R R' C 3 2 R Actaplanin A mannosylglukosa mannosa Actaplanin B 1 rhamnosylglukosa mannosa Actaplanin B 2 glukosa mannosa Actaplanin B 3 mannosylglukosa Actaplanin C 1 rhamnosylglukosa Actaplanin G glukosa R' Komplexní glykopeptidové antibiotikum z Actinoplanes missouriensis též popsána růstově stimulační aktivita 7B-27

28 LIGPEPTIDY V PŘÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ C 2 C 3 C 3 C 3 Muramyl dipeptid Synthetické immunoadjuvans odpovídající nejmenší imunologicky aktivní glykopeptidové subjednotce bakteriální buněčné stěny. 7B-28

29 LIGPEPTIDY V PŘÍRDĚ V REGULACI BILGICKÝC DĚJŮ, SYTETICKÉ VYUŽITÍ ACT Kortikotropin, adrenokortikotropin; Acethropan (oechst); Acortan, Acton, Isactid (Ferring); Acthar (RPR); Cortiphyson (Promonta); Cortrophin (rganon); ormon z podvěsku mozkového, který stimuluje sekreci adrenálních kortikoidních steroidů a indukuje růst kůry nadledvin (adrenálního kortexu). Vyskytuje se i v ženské moči a moči březích kobyl. Kortikotropin je polypeptid o jednom řetězci s 39 aminokyselinami. Prvých 24 AK je identických u všech zvířat. In vivo studie ukazují, že tato část peptidu je zodpovědná za biologickou aktivitu a že ostatní aminokyseliny, které nenesou odpovědnost za hormonální aktivitu jsou důležité v druhové imunologické specifičnosti ACT. Termín α-act se někdy používá k odlišení produktu vzniklého působením pepsinu či kyselin, tzv. β-act. ACT stimuluje produkci kortikosteroidů, glukokortikoidů, mastných kyselin v buňkách, snižuje koncentraci glukosy v krvi, ovlivňuje metabolizmus bílkovin a nervový systém. Ser-Tyr-Ser-Met-Glu-is-Phe-Arg-Trp-Gly-Lys-Pro-Val-Gly-Lys-Lys-Arg-Arg- -Pro-Val-Lys-Val-Tyr-Pro Zmiňovaný fragment 1-24 (Cosyntropin) má plnou biologickou aktivitu ACT. 7B-29

30 SYTÉZA KIVE Jaké prostředky má chemik k odhalení nových, biologicky aktivních látek? vařit a zkoušet 1: mít zkušenost a cit, vařit a zkoušet vařit analoga (Me, Et, Pr, i-pr, Bu.. ) a zkoušet vařit cíleně s použitím molekulárního modelování a zkoušet obměňovat aktivní látky z databází a zkoušet kupovat vzorky od těch, co vaří a zkoušet vařit mnoho syntéz najednou a zkoušet (stroje) vařit knihovny a zkoušet screeningová laboratoř otestuje 100 vzorků denně (na jednom zařízení) 7B-30

31 SYTÉZA KIVE biodiversita nevelký syntetický arzenál rozpoznání rozměry rozpoznání významnými centry (-vazba, náboj) interakce s násobnými vazbami (p-interakce ) chirální rozpoznání a j. odpověď na rozpoznání ovlivnění enzymatických reakcí a stavu membrán signální a hormonální reakce aktivace zásobáren (poolů) a j. 7B-31

32 Merrifieldova syntéza na pevné fázi [Solid-Phase Peptide Synthesis (SPPS)] R. B. Merrifield, J. Am. Chem. Soc. 85, 2149 (1963). Syntéza dlouhých peptidů zahrnující následující kroky: (1) připojení C-koncové aminokyseliny na nerozpustný polymerní nosič (pryskyřici P ), (2) prodloužení peptidového řetězce, a (3) odstranění chránící skupiny (opakuje se krok (2)), a (4) odštěpení peptidu z pryskyřice: P R 2 Boc R 1 DCC : P R R 1 Boc 1. CF 3 C 2. Et 3 P R R 1 2 7B-32

33 syntéza epothilonu A na pevné fázi 3 C C 3 LDA ZnCl 2 3 C C TBS C C 3 (90 %) 3 C C 3 3 C 3 C C TBS C 3 S C 3 DCC 4-DMAP (80 %) 3 C 3 C 3 C C 3 C 3 S C 3 1. PCy 3 Cl Ph Ru Cl PCy 3 2. TFA 3. epoxidace 3 C 3 C 3 C TBS C 3 C 3 S C 3 7B-33

34 syntéza pevné fázi napodobuje přírodu 2 tra P tra P 2 R' 2 R účast terminálního nukleotidu z tra na tvorbě peptidové vazby 2 2 tra P tra P R' R 7B-34

35 kombinatoriální syntéza Cíleně orientované kombinatoriální seskupování částí molekul připravíme sadu molekulových komponent a vyzkoušíme jejich afinitu k cílovému systému, vybereme ty, které se znatelně váží. 7B-35

36 Cíleně orientované kombinatoriální seskupování částí molekul Připravíme knihovnu všech elementů, které se samy vázaly na cílový systém a otestujeme jejich vazebnou afinitu. Získáme nejlepší kombinaci, kterou zkoumáme dále. 7B-36

37 testování, dekonvoluce A 1 A 1 A A 1 1 A 1 A 1 A 1 A 2 A 2 A 1 A 1 A 3 A 3 A 1 A 2 A 2 A A 1 2 A 1 A 2 A 2 A 2 A 2 A 2 A 2 A 3 A 3 A 2 A 3 A 3 A 1 A 3 A 1 A 3 A 3 A 2 A 2 A 3 A 3 A 3 A 3 A 3 7B-37 přípravné syntetické kroky rozdělení vnesení diverzity smíchání společné operace rozdělení vnesení diverzity smíchání kombinatoriální syntéza systémem náhodných sekvencí rozdělení je náhodné

38 SYTÉZA KIVE 7B-38

41 manuální syntetizér pro pevnou fázi s randomizačním členem fy CSPS automatický syntetizér peptidů fy Applied Biosystems 7B-41

42 příklad farmakoforové hyperplochy, která ukazuje analýzu knihovny vzhledem k očekávaným vlastnostem takovou plochu lze změřit, nebo předpovědět 7B-42

43 KEC Presented material is aimed mainly at the students of the Institute of Chemical Technology, Prague. Some of its data stems from public sources and for reasons of simplicity and clarity not all quotations are properly cited as it is common in technical literature. With possible objections please turn directly to the authors. 7B-43