Peptide Vorkommen in der Natur, Synthese, Konformation

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1 Peptide Vorkommen in der atur, Synthese, Konformation Peptidsynthese 1. die Amidbindung Konformation und Stabilität 2. Synthese von Peptiden in Lösung Kupplungsreagenzien (z.b. Carbodiimide, Phosphonium- und Uroniumsalze) 3. Schutzgruppen (z.b. Boc, Fmoc, Z) 4. Synthese von Peptiden an fester Phase Festphasen (z.b. Polystyrol, Polystyrol-Polyethylenglykol) Fmoc/Boc Strategie Linker (z.b. Wang, SASRI, o-itrobenzyl, Allyl) Vor- und achteile Analytik (z.b. Kaiser Test, Edman Abbau) 5. ative Chemische Ligation 1

2 Peptide und ihre Funktion - Beispiele xytocin C 3 C 3 2 ctreotide (Somatostatin Analogon) Ph 2 Ph Lisinopril S S 2 S S 2 C 2 Dendrotoxin Enkephaline + 3 C 2 - C 3 Morphium 2

3 Die Entdeckung von Aspartam - Serendipity in Science Gastrin = -Glp-Gly-Pro-Trp-Leu-Glu-Glu-Glu-Glu-Glu-Ala-Tyr-Gly-Trp-Met-Asp-Phe- 2 ormon, das im Magen durch G-Zellen freigesetzt wird und die Bildung von Magensäure anregt. für physiologische Aktivität nur die vier C-terminalen Aminosäuren notwendig -Trp-Met-Asp-Phe James M. Schlatter (G. D. Searle & Company, heute: Monsanto) sucht nach einem Wirkstoff gegen Magengeschwüre und stellt -Asp-Phe-C 3 her...und tut etwas, was man nicht tun sollte... 3

4 Peptidsynthese an fester Phase (obelpreis für Chemie 1984 für Bruce Merrifield) Peptidsynthesizer 1966 heute 4

5 Festphasensynthese von Peptiden Fmoc/tBu Strategie Beispiel: Wang Linker Cl Wang Linker R 1 Fmoc C 2 DMF Cs Fmoc R 1 Linker Piperidine:DMF 1:4 (1x 3 min, 1x 7 min) 2 R 1 Linker 3 equiv. R 2 Fmoc C 2 3 eq. PyBP, 3 eq. ipr 2 Et Fmoc R 2 R 1 Linker repeat Fmoc deprotection/aa couplings to desired peptide length 2 R n R 2 R 1 Linker 95% TFA 3 (scavengers) R 2 side-chain deprotected peptide 5 R n R 1

6 Kupplungsreagenzien Carbodiimide R C R R = R = cyclohexyl:, -Di-Cyclohexyl Carbodiimid (DCC) R = R = iso-propyl:, -Di-Isopropyl Carbodiimid (DIC) R = Et, R = C 2 C 2 C 2 Me 2 : -Ethyl- -(3-Dimethylaminopropyl) Carbodiimid (EDC) Phosphonium Reagenzien Guanidinium/Uronium Reagenzien PF 6 P Me 2 Me 2 Me 2 PF 6 P PF 6 PF 6 BP (Castro`s Reagent) PyBP P Et Et DEPBT BTU ATU BF 4 TBTU

7 Linker für die Festphasensynthese R R Me R Cl Ph Wang SASRI R Chlorotrityl Me Me Rink Amide R ycram R 2 o-itrobenzyl R S Kenner Safety Catch

8 Edmann Abbau 2 C 3 C S Ph Ph S C 3 + Ph S C 3 S C 3 Ph 2 ( + ) Ph S C thiohydantoin 8

9 ative Chemische Ligation z.b. Synthese von humanem Interleukin 8 - besteht aus 72 Aminosäuren 2 S IL S S Ph + 2 S IL S C 2 2 S IL S S IL S C 2 xidation der S-Gruppen zum Disulfid und Renaturieren in 1M Guanidinium-Cl, p 8.5 Kent et al., Science 1994, 266, 776. (Dimer) aktives, natives Protein 9

10 Peptide und ihre Funktion - Beispiele xytocin C 3 C 3 2 ctreotide (Somatostatin Analogon) Ph 2 Ph Lisinopril S S 2 S S 2 C 2 Dendrotoxin Enkephaline + 3 C 2 - C 3 Morphium 10

11 Peptide Vorkommen in der atur, Synthese, Konformation Sekundärstrukturen von Peptiden und Proteinen 1. die Amidbindung Konformation und Konformerengleichgewicht 2. 1, 2, 3 und 4 Strukturen 3. Torsions- und Allylspannung 4. Ramachandran Diagramme 5. α-elix, paralleles und antiparalles β-faltblatt, Polyprolin II elix 6. coiled-coil Motiv 7. Intermolekulare Wechselwirkungen in Wasser und organischen Lösungmitteln 8. Gauche Effekt anomerer Effekt 11

12 Primärstruktur: Abfolge von Aminosäuren Sekundärstruktur: räumliche Anordnung von Aminosäuren, die in der Primärstruktur (linearen Kette) nahe beieinander liegen Tertiärstruktur: räumliche Anordnung der Sekundärstrukturelemente zueinander (Aminosäuren, die in der Primärstruktur weit voneinander entfernt sind, können in der gefalteten Struktur nahe beieinander sein) Quartärstruktur: räumlich Anordnung von Untereinheiten, die nicht kovalent miteinander verknüpft sind 12

13 Energiediagramm der Konformationen von Butan

14 Zusammenhang ΔG und K bei Raumtemperatur ΔG (kcal/mol) K % stabileres Isomer x

15 Φ, Ψ angles and Ramachandran Plots Φ, Ψ: defined as 180 in fully extended, planar polypeptide chain increases for a clockwise rotation when viewed from Cα Prediction 15

16 Φ, Ψ Angles and Ramachandran Plots Φ, Ψ: defined as 180 in fully extended, planar polypeptide chain increase for a clockwise rotation when viewed from Cα Prediction dark blue regions: most predominant Φ/Ψ angles in natural proteins 16

17 β-sheets 17

18 Parallel and Antiparallel β-sheets Anti-parallel (Φ = -139, Ψ = 135 ) Side views Carboxyterminus Aminoterminus Aminoterminus Carboxyterminus Parallel (Φ = -119, Ψ = 113 ) Aminoterminus Carboxyterminus Aminoterminus Carboxyterminus 18

19 α-helix 19

20 α-helix Right handed α-helix (Φ = -57, Ψ = -47 ) 5.4 Å 3.6 residues A. elen, L. Pauling Amino acid propensity to form α-helices and β-sheets From: Voet, Voet Biochemistry, Wiley VC

21 = Polyproline II helix 21

22 left handed helix (Φ = -75, Ψ = 145 ) Polyproline II elix side view view along helix axis 9.4 Å 3 residues 22

23 Polyproline II elix - Stabilization left handed helix (Φ = -75, Ψ = 145 ) side view Simpler model: Ac-(4R)Azp-C Å 3 residues 2.9 Å Stabilization by dipol-dipol interaction 3.2 Å angle ----C:

24 Collagen Gly-X-Y repeats, X often Pro, Y often yp 24

25 Collagen 25

26 Muscles 26

27 Muscles - Structure myosin Actin filament (consists not only of actin!) from: actin_myosin_gif.html 27

28 Meat - color myoglobin red and white muscle tissue hemoglobin (tetramer) 28