D型氨基酸多肽
蛋白質(zhì)和大多數(shù)天然多肽都是由L-型氨基酸組成。但在動(dòng)物細(xì)胞合成的各類肽中均有發(fā)現(xiàn)D-型氨基酸，其中包括來自兩棲動(dòng)物皮膚的麻醉劑肽和抗菌肽、來自蝸牛神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)肽、來自甲殼綱動(dòng)物的激素類、來自蜘蛛的毒液等。L-型氨基酸在轉(zhuǎn)譯后需進(jìn)一步催化才能形成D-型氨基酸。
- 案例學(xué)習(xí)
- Retro-inverso肽
- 藥物設(shè)計(jì)
案例: D-型氨基酸多肽抵抗蛋白酶的降解作用
很多蛋白在細(xì)胞中非常容易被降解，或被標(biāo)記，進(jìn)而被選擇性地破壞。但含有部分D-型氨基酸的多肽則顯示了很強(qiáng)的抵抗蛋白酶降解能力。
研究顯示，在多肽tp-TPTGTQ-tpt兩側(cè)替換使用D-型氨基酸仍可保留其全部的抗體結(jié)合特性，同時(shí)在溶酶體制備和稀釋的人血清中表現(xiàn)出顯著的抗降解能力。 （注：小寫字母表示D-氨基酸，大寫字母表示L-氨基酸）
在Tugyi等學(xué)者的一項(xiàng)研究中，當(dāng)D-氨基酸位于多肽的N端（tPTPTGTQTPT和tptPTGTQTPT）時(shí)，可一定程度地提高其在人血清中的穩(wěn)定性，分別為10%和50%。但當(dāng)此多肽的兩端勻替換為D-型氨基酸時(shí)，其產(chǎn)物幾乎完全抵抗了血清的降解作用。
如多肽tPTPTGTQtpt比多肽TPTPTGTQtpt更穩(wěn)定，而tpTPTGTQtpt是最穩(wěn)定的。我們注意到，多肽的穩(wěn)定性隨著C端D-型氨基酸數(shù)量的增加而增強(qiáng)：當(dāng)C端（tptPTGTQTPt）只有一個(gè)D-氨基酸時(shí)，其穩(wěn)定性有所提高，但多肽仍然是可被完全降解。當(dāng)C端(tptPTGTQTpt)有兩個(gè)D-氨基酸時(shí)，該多肽在人血清的整個(gè)檢測過程中剩余50%。
這些研究結(jié)果還表明，在抗體表位的側(cè)翼進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾（D-氨基酸替換），可用于構(gòu)建一種人工合成的抗原，不僅具有原抗體的識(shí)別屬性，還對酶促降解有更強(qiáng)的抵抗能力。
參考文獻(xiàn): http://www.pnas.org/content/102/2/413.full.pdf+html
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Retro-inverso 多肽
Retro-inverso肽是由D-型氨基酸按它們的天然L-多肽序列的倒序組裝而得。retro-inverso肽是通過D型氨基酸取代正常L-型氨基酸并反轉(zhuǎn)多肽主骨架方向而得。而所有側(cè)鏈的的原始空間定向并沒有被改變。retro-inverso肽的支柱是相反的，但序列中氨基酸的手性是被保留的。這將導(dǎo)致在類似物與天然L-型多肽之間形成互補(bǔ)的側(cè)鏈拓?fù)浠瘜W(xué)反應(yīng)。
retro-inverso肽的優(yōu)勢
- 保留著蛋白質(zhì)的生物活性
- 在體內(nèi)擁有持久的蛋白酶穩(wěn)定性
- 為其天然L-多肽的抗原類似物
例子:
- L-型多肽: GRKQP or Gly-Arg-Lys-Gln-Pro
- D-型多肽: (dG)(dR)(dK)(dQ)(dP) or D (Gly-Arg-Lys-Gln-Pro)
- Retro-inverso肽: (dP)(dQ)(dK)(dR)(dG) or D (Pro-Gln-Lys-Arg-Gly)
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D型氨基酸在多肽設(shè)計(jì)中的使用
D型氨基酸的結(jié)構(gòu)偏好有利于形成特殊的折疊結(jié)構(gòu)。D-Pro是一受約束的殘基，可迫使形成β-turns結(jié)構(gòu)。多個(gè)D-Pro-xxx片段可促使形成多股β折疊。
氨基異丁酸（Aminoisobutyric acid，Aib)，一個(gè)非手性的殘基，在α碳原子上包含一對甲基。所以在多肽設(shè)計(jì)過程中，非手性的氨基酸可以替代D型氨基酸。因?yàn)樗麄兛梢员３治挥讦?ψ map兩邊的構(gòu)造。
與L型天然肽相比，D-型氨基酸多肽或retro-inverso多肽在抵抗胰蛋白酶消化方面更穩(wěn)定。他們模擬L-型多肽并誘導(dǎo)強(qiáng)大的針對L型多肽的抗體應(yīng)答。retro-inverso類似物在發(fā)展合成疫苗方面具有很大潛力。retro-inverso肽可用于研究多肽與HLA分子或T細(xì)胞受體之間的相互作用。這種方法將可能對新的免疫干預(yù)策略的發(fā)展有利。
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L-型氨基酸和D-型氨基酸
除甘氨酸外，所有標(biāo)準(zhǔn)的α-氨基酸都存在對映異構(gòu)體，即L-氨基酸和D-氨基酸，呈相互鏡像關(guān)系。
某些含D型氨基酸的多肽更具有生物學(xué)潛力。
第46位是D-絲氨酸的漏斗網(wǎng)蛛毒素（ω-agatoxins）IVB 和 IVC肽對大鼠小腦的Purkinje 細(xì)胞P-型鈣通道的抑制作用要比那些是L-絲氨酸的異構(gòu)體強(qiáng)4倍左右。另一個(gè)例子是從南美樹蛙的皮膚中分離的蛙皮啡肽（dermorphin）。蛙皮啡肽是一個(gè)與μ-型鴉片受體高親和力和選擇性結(jié)合的多肽。蛙皮啡肽在緩解深度長效鎮(zhèn)痛方面比嗎啡強(qiáng)一千倍。這個(gè)7肽的第二個(gè)氨基酸是D-丙氨酸。然而此位置為L型丙氨酸的異構(gòu)體卻沒有生物活性。
D-型氨基酸多肽抵抗蛋白酶的降解作用
由D-型氨基酸形成的肽鍵與L型氨基酸相比具有更強(qiáng)的酶抗抵力，如當(dāng)蛙皮啡肽（dermorphin）的氨基末端是Tyr-D-Ala時(shí)，可以抵抗氨肽酶的水解作用，但如果是L型肽則會(huì)被快速降解。
多肽經(jīng)修飾后會(huì)更穩(wěn)定、具有更強(qiáng)的抗蛋白酶水解能力，而且仍舊保留與原L-多肽一樣的結(jié)合特性。研究顯示，將一些MUC2多肽兩側(cè)的氨基酸替換為D-型氨基酸，照樣展現(xiàn)了其抗原特性和酶穩(wěn)定性。
D型氨基酸可被視為信號分子
esizing D-amino acids when the cell stops growing.霍亂細(xì)菌利用消旋酶將大量的L型相應(yīng)氨基酸轉(zhuǎn)化為D-methionine和D-leucine。此D型氨基酸警示細(xì)胞的壁蛋白，從而放慢肽聚糖的生產(chǎn)。最有可能的是,這種肽的異構(gòu)化是通過alpha-carbon的去質(zhì)子化-質(zhì)子化機(jī)制實(shí)現(xiàn)。這種機(jī)制已經(jīng)為幾種氨基酸消旋酶建立，如脯氨酸、天冬氨酸、谷氨酸消旋酶，和兩個(gè)活性位點(diǎn)的半胱氨酸均涉及這個(gè)反應(yīng)。消旋酶位于內(nèi)外膜的壁膜間隙，當(dāng)細(xì)胞停止生長時(shí)，即啟動(dòng)合成D型氨基酸。
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