多肽
關注創(chuàng)建者：射線伽馬 創(chuàng)建時間：2018-09-29
多肽的實例教程
【前言】
多肽是由各種氨基酸通過酰胺鍵相連組成的。通常情況下，多肽是長度小于或等于50個氨基酸的短鏈。盡管存在各種各樣的氨基酸，但生物體中天然存在的初級氨基酸只有20種。所有的氨基酸都有相似的結(jié)構(gòu)和不同的R側(cè)基。R基團的差異決定了多肽結(jié)構(gòu)與功能的多樣性。因此，具有不同R基團的氨基酸通過排列組合能產(chǎn)生多種功能型多肽，這些功能肽在生物醫(yī)用領域具有良好的應用潛力。自然界中，多肽是天然蛋白的功能性片段，通常是在研究者們通過分子生物學技術分析天然蛋白時發(fā)現(xiàn)的。這些功能性片段雖然體積小，結(jié)構(gòu)簡單，但是通常具有與天然蛋白類似的生物學功能。例如，通過對HIV - 1病毒中TAT蛋白的研究，首例細胞穿透肽(CPPs)被發(fā)現(xiàn)并廣泛應用于細胞內(nèi)的藥物傳遞。與蛋白相比，多肽通常具有合成方法簡單、易于化學修飾、在儲存過程中穩(wěn)定性好不易變質(zhì)、易于同其他方法或技術結(jié)合等優(yōu)點。因此，近年來多肽材料在生物醫(yī)學領域具有強大的應用前景。
迄今為止，雖然大量的生物醫(yī)學難題已經(jīng)取得了重大的突破，但是腫瘤作為世界范圍內(nèi)人類死亡的主要原因仍舊無法得到徹底的解決。許多科學家和研究人員在開發(fā)腫瘤診斷與治療的新型生物材料方面做出了很多努力與嘗試。多肽基于其優(yōu)異的生物安全性、潛在的生物降解性和多樣化的生物功能，在生物醫(yī)學領域，特別是腫瘤的診斷與治療，具有強大的體內(nèi)應用潛力，同時展現(xiàn)了其用于開發(fā)多功能生物醫(yī)用納米材料的優(yōu)勢。根據(jù)多肽的長短以及氨基酸的排列順序，特定的多肽序列具有獨特的生物功能，可用于制備各種不同的多功能納米材料，用于臨床生物醫(yī)學研究與應用。這些基于多肽的新型生物材料同時繼承了多肽和傳統(tǒng)生物材料的優(yōu)點，在開發(fā)并設計高效的腫瘤診斷治療策略中發(fā)揮著重要的作用。
展開 Wooley
教授
團隊
展示了
一種不含金屬的，基于多肽的電池，其中紫精和氮氧化物自由基作為氧化還原活性基團沿著多肽主鏈被引入，分別充當陽極和陰極材料。這些氧化還原活性多肽用作在電池運行期間穩(wěn)定的活性材料，隨后在酸性條件下按需降解以生成氨基酸，其他結(jié)構(gòu)單元和降解產(chǎn)物。
這種基于多肽的電池是解決未來循環(huán)經(jīng)濟中對綠色和可持續(xù)電池的替代化學需求的第一步。相關論文以題為
Polypeptide organic radical batteries
發(fā)表在《
Nature
》上。
【主圖導讀】
圖
1：基于多肽的有機自由基電池。
圖
2：氧化還原活性多肽的合成。
圖
3：氧化還原活性多肽的循環(huán)伏安圖。
圖
4：多肽復合半細胞和全細胞的電化學反應。
圖
5：紫精和biTEMPO多肽的降解。
【總結(jié)】
團隊設計了一種無金屬的全多肽有機自由基電池，該電池包含可按需降解的氧化還原活性氨基酸大分子。這一概念代表了朝著可持續(xù)，可循環(huán)再利用的電池邁出的第一步，并將全球?qū)?zhàn)略金屬的依賴性降至最低。
紫精和
biTEMPO多肽的陽極和陰極分別是通過高反應性環(huán)狀N-羧基酐的開環(huán)聚合反應，隨后進行順序的聚合后修飾以引入氧化還原活性基團而合成的。多肽電池的最大充電容量為37.8 mA h g
-1
（理論容量為44.5 mA h g
-1
）。
活性成分在酸的存在下按需降解，以再生起始氨基酸和其他結(jié)構(gòu)單元。展望未來，主要挑戰(zhàn)是防止活性物質(zhì)
溶解和提高整體電池容量。未來的研究應集中在通過交聯(lián)，后處理修飾
45或利用多肽在液流電池中的溶解度來防止多肽溶解。
展開 蛋白和多肽在生命體中具有重要生物學功能，但其實際應用受到易被蛋白酶水解、體內(nèi)生物利用度低等缺點限制。多肽模擬研究可以針對性地解決多肽體內(nèi)穩(wěn)定性差的突出缺點對應用的局限，因此在藥物發(fā)現(xiàn)、組織工程、蛋白模擬、生物材料和化學等諸多領域具有重要應用前景。多肽模擬物的降解可調(diào)使得多肽可以適配不同應用場景，而多肽序列對其功能的發(fā)揮具有重要作用，因此，對酶降解可調(diào)和聚合物序列可控是多肽合成和應用研究領域中的關鍵性需求和挑戰(zhàn)。
在多肽模擬研究領域中，劉潤輝教授課題組前期通過建立對水分不敏感的β-NTA（β-氨基酸N-硫代羧基酸酐）聚合新方法解決了β-內(nèi)酰胺聚合制備β-多肽的經(jīng)典合成方法對水分敏感、聚合條件苛刻、功能基團適用性受限的核心挑戰(zhàn)（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 6412-6419）。本研究著眼于解決多肽模擬物對酶降解可調(diào)和聚合物序列可控的關鍵性需求和挑戰(zhàn)，通過α-NCA和β-NTA共聚實現(xiàn)了α/β-多肽的可控合成和對蛋白酶降解的調(diào)節(jié)；通過共聚反應中溶劑對單體聚合速率的調(diào)節(jié)作用，實現(xiàn)了α/β-多肽的序列可控（圖1）。該研究成果以“Synthesis of Poly-α/β-peptides with Tunable Sequence Via the Copolymerization on N-carboxyanhydride and N-thiocarboxyanhydride”為題發(fā)表在iScience上（iScience. 2021, DOI:10.1016/j.isci.2021.103124）。
展開 多肽材料用于生物相容性，安全性高受到了人們的廣泛關注，并被應用于各種疾病的診療。近日，國家納米科學中心的王磊研究員，北京科技大學的曹暉教授，上海交通大學附屬第六醫(yī)院的胡穎副主任醫(yī)師合作設計了一種類抗體的多肽網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，并將其用于抑制新生血管生成。
脈絡膜新生血管是一種在老年人群中多發(fā)的疾病，其主要特征為新生血管內(nèi)皮細胞的異常增殖和遷移。這種疾病會導致視力減退，失明等多種癥狀。針對這種新生血管的治療，通常使用的是針對血管內(nèi)皮生長因子VEGF的單克l抗體，如貝伐單抗等。然而這些單抗類藥物的作用靶點單一，同時對部分患者無效。因此迫切需要新機制，新靶點以實現(xiàn)對新生血管的有效治療。
國家納米科學中心團隊設計了以神經(jīng)菌毛素為靶點，纖維化結(jié)合受體為機制的類抗體的多肽網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，使其有效的抑制新生血管生成。這種多肽網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)可以通過其在納米顆粒狀態(tài)下與神經(jīng)菌毛素結(jié)合誘導下獲得。溶液層面的實驗結(jié)果表明，多肽網(wǎng)絡可以在加入神經(jīng)菌毛素5天內(nèi)形成，形成的多肽網(wǎng)絡具有β-折疊結(jié)構(gòu)。在細胞層面，多肽網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)可以在與神經(jīng)菌毛素過表達的血管內(nèi)皮細胞共孵育4小時內(nèi)形成，形成的纖維結(jié)構(gòu)可以有效的覆蓋在細胞表面，并在不影響細胞存活率的情況下抑制細胞遷移。
圖1. 類抗體的多肽網(wǎng)絡材料的結(jié)構(gòu)及其抗新生血管的機制。圖片來源：Biomaterials
在活體層面，這種多肽網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)可以在病灶部位滯留長達4天。同時，由于多肽網(wǎng)絡的覆蓋，導致神經(jīng)菌毛素無法被其特異性抗體結(jié)合，即多肽材料結(jié)合神經(jīng)菌毛素后可以抑制其他配體與其的結(jié)合。
展開 多肽聚合物作為天然蛋白和多肽的模擬物，具有廣泛的生物學功能和應用，是一類重要的生物醫(yī)藥材料。伯胺引發(fā)的N-羧基內(nèi)酸酐 (N-carboxyanhydrides, NCAs) 開環(huán)聚合是合成多肽聚合物的經(jīng)典聚合方法，然而，這一經(jīng)典聚合方法需經(jīng)過額外的脫羧步驟才能生成伯胺鏈增長反應活性中心，大大減慢了聚合速度。另外，對水分敏感一直是常規(guī)NCA聚合的嚴峻挑戰(zhàn)。因此，研究NCA聚合新策略對多肽聚合物的制備及相應生物功能研究具有重要意義。
華東理工大學劉潤輝教授課題組在前期研究中發(fā)現(xiàn)，以六甲基二硅基胺基鋰 (LiHMDS) 可引發(fā)水分不敏感的超快速NCA開環(huán)聚合，擺脫手套箱限制，可在敞口容器中制備多肽聚合物 (Nat. Commun. 2018, 9, 5297)。該課題組近期發(fā)展了一種超快速NCA開環(huán)聚合制備多肽聚合物的新策略，發(fā)現(xiàn)羧酸鹽 (Tetraalkylammonium Carboxylate) 可作為一類新的引發(fā)劑，引發(fā)超快速NCA聚合，實現(xiàn)高效便捷制備多肽聚合物 (圖1)。該研究成果以“Superfast and Water-Insensitive Polymerization on α-Amino Acid N-Carboxyanhydrides to Prepare Polypeptides using Tetraalkylammonium Carboxylate as the Initiator”為題發(fā)表在國際著名期刊Angew. Chem. Int. Ed. (DOI: 10.1002/anie.202103540)。
圖1.
展開 
多肽的最新內(nèi)容
整體實驗室家具、實驗臺、超凈工作臺、通風櫥、通風柜、生物安全柜、藥品柜、儲藥柜、實驗室家具配套設備、實驗柜 、保護罩 、及其它整體實驗室家具設計及安裝等；
4 、實驗室儀器配套產(chǎn)品：毛細管柱、氣體發(fā)生器、空心陰極燈、氘燈、霧化器、指示電極、樣品管、采樣器、 化學試劑、玻璃器皿、填料、分析柱、過濾頭、電磁閥、高壓電源、石墨管、比色皿、參比電極、減壓閥、萃取柱、標準物質(zhì)、常用物品；
5、生化、生物技術與診斷：多肽合成儀
2.1蛋白-多肽相互作用簡介
2.2蛋白-多肽分子預處理
2.3蛋白-多肽分子對接
2.4對接結(jié)果展示與分析
實例講解與練習：新冠靶點3cl與多肽/類多肽抑制劑的對接
3.含金屬離子的蛋白靶點與小分子對接
3.1 金屬酶蛋白-配體的相互作用介紹
3.2相關蛋白及配體分子的收集與預處理
3.3金屬離子的處理與準備
3.4金屬輔酶蛋白-配體的對接
3.5對接結(jié)果展示與分析
實例講解與練習：基質(zhì)金屬蛋白酶
另外，可以通過研究生物活性多肽、乙酰膽堿、5-羥色胺等神經(jīng)遞質(zhì)以及內(nèi)分泌腺體所分泌的活性物質(zhì)在機體內(nèi)的作用機理，發(fā)現(xiàn)和獲得新的先導化合物。
3 從現(xiàn)有藥物中獲得
已有的藥物中有些可被選作先導化合物，進一步優(yōu)化得到新藥。另外還可由以下方式從現(xiàn)有藥物中獲得新的先導化合物。
2.1蛋白-多肽相互作用簡介
2.2蛋白-多肽分子預處理
2.3蛋白-多肽分子對接
2.4對接結(jié)果展示與分析
實例講解與練習：新冠靶點3cl與多肽/類多肽抑制劑的對接
3.含金屬離子的蛋白靶點與小分子對接
3.1 金屬酶蛋白-配體的相互作用介紹
3.2相關蛋白及配體分子的收集與預處理
3.3金屬離子的處理與準備
3.4金屬輔酶蛋白-配體的對接
3.5對接結(jié)果展示與分析
實例講解與練習：基質(zhì)金屬蛋白酶
2.1蛋白-多肽相互作用簡介
2.2蛋白-多肽分子預處理
2.3蛋白-多肽分子對接
2.4對接結(jié)果展示與分析
實例講解與練習：新冠靶點3CL與多肽/類多肽抑制劑的對接
3.含金屬離子的蛋白靶點與小分子對接
3.1 金屬酶蛋白-配體的相互作用介紹
3.2相關蛋白及配體分子的收集與預處理
3.3金屬離子的處理與準備
3.4金屬輔酶蛋白-配體的對接
3.5對接結(jié)果展示與分析
實例講解與練習：基質(zhì)金屬蛋白酶
2.1 蛋白-多肽相互作用簡介
2.2 蛋白-多肽分子預處理
2.3 蛋白-多肽分子對接
2.4 對接結(jié)果展示與分析
實例講解與練習：新冠靶點3CL與多肽/類多肽抑制劑的對接
3、含金屬離子的蛋白靶點與小分子對接
3.1 金屬酶蛋白
天然蛋白質(zhì)基材料的分子設計
作者在此部分重點描述了基于蛋白質(zhì)的材料的基本分子設計，重點是序列/結(jié)構(gòu)特性關系以及常見的生化和結(jié)構(gòu)特征，所介紹的材料是根據(jù)它們的結(jié)構(gòu)功能進行組織的，并說明了基于蛋白質(zhì)的材料利用多肽處理的整個二級結(jié)構(gòu)譜。
作者介紹的四種主要的蛋白質(zhì)材料，分別是纖維材料（圖4）、具有高可逆變形能力的生物彈性體（圖5）、硬體材料（圖6）和生物粘合劑（圖7）。
可控的蛋白/多肽釋放
目前市場擁有300多種蛋白/多肽藥物，數(shù)千種在開發(fā)中。然而，藥物如果半衰期較短則需要頻繁給藥，對病人來講不方便，并且經(jīng)濟壓力大。此外，人體的血漿濃度很容易波動，導致藥效降低或副作用。通過顆粒制劑，可實現(xiàn)長期釋放給藥，可實現(xiàn)多種方式給藥，具有廣泛的市場預期。
顆粒尺寸對藥物在體內(nèi)吸收，分布，代謝和降解有重要影響，影響其生物利用度和生物安全性。
圍繞著刺激感受的TRP通道，深入研究了低溫、高溫、辣椒素、薄荷醇以及多肽大分子等物理化學因素激活TRPV1與TRPM8通道的動態(tài)門控機制，并開發(fā)了針對TRPV1通道的具有鎮(zhèn)痛效果的調(diào)控分子。
現(xiàn)在生物制劑是最有效和最有潛在價值的新治療產(chǎn)品，包括多肽、蛋白質(zhì)和抗體-藥物偶聯(lián)物（ADC），以及細胞、細胞衍生產(chǎn)品和基因療法。這些產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中，容易受到殘留過氧化氫的氧化或降解破壞，因為，在凈化后的曝氣過程完成后，有些痕量過氧化氫（H2O2）仍會存在于無菌處理設備中。對于早期生物制劑產(chǎn)品，100 ppb濃度的殘留水平可能就會造成損失。
