I peptidi presentano generalemente bassa biodisponibilità, rapido metebolismo e mancanza di attività per via orale. Non sono dunque prodotti adatti all’uso terapeutico. Ci sono però molte molecole di natura peptidica che hanno rilevanza fisiologica (neurotrasmettitori, neuromodulatori, ormoni, fattori di rilascio) o presentano importanti azioni farmacologiche.
Si pone dunque il problema di sviluppare analoghi con migliori caratteristiche farmacologiche, ma soprattutto con caratteristiche farmacocinetiche accettabili. Tali prodotti possono mantenere in tutto o in parte la loro natura peptidica o essere delle molecole non peptidiche dotate della stessa potenza, affinità e specificità del lead (peptidomimetici).
Modulazione Molecolari di peptidi
La modulazione del lead avviene:
Sezionando il peptide in frammenti per individuare la struttura minima che mantiene l’attività biologica
Sostituendo, in modo sistematico e non, gli aminoacidi nelle varie posizioni con altri aminoacidi naturali aventi differenti
caratteristiche chimico-fisiche basicità, acidità, lipofilia, ingombro sterico)
Sostituendo uno o più aminoacidi con i rispettivi enantiomeri D, al fine di introdurre maggiore resistenza alla degradazione enzimatica Operando la sostituzione isosterica di uno o più legami amidici con gruppi isosteri per aumentare la stabilità chimica e metabolica del lead
Modulazione Molecolari di peptidi
Derivatizzando funzioni eventualmente presenti sulla molecola per modulare le caratteristiche chimico-fisiche, ad esempio la lipofilia
Inserendo gruppi mimetici dello stato di transizione dell’idrolisi del legame peptidico.Questa modifica è mirata alla
stabilizzazione del peptide verso la degradazione enzimatica e va fatta sul legame soggetto ad idrolisi
Irrigidendo, localmente o globalmente, il peptide. Questa modifica è mirata all’individuazione della conformazione farmacofora del peptide
Introducendo gruppi mimetici della struttura secondaria. Anche questa modifica è mirata alla determinazione della
conformazione bioattiva
Modulazione Molecolari di peptidi
La modificazione del legame peptidico con isosteri consente l'indagine su aspetti strutturali del peptide quali ad esempio la libertà rotazionale dello scheletro, la presenza di legami idrogeno intra ed intermolecolari, le modificazioni locali o totali della polarità e dell'idrofobicità. Lo scopo principale per cui sono stati utilizzati surrogati del legame amidico è l'aumento della stabilità metabolica dei peptidi.
Tuttavia queste modificazioni vengono accompagnate da cambiamenti della geometria molecolare,della distribuzione elettronica e delle caratteristiche (idro) -lipofiliche. I gruppi isosteri del legame peptidico sinora utilizzati comprendono:
Tioamide (-CS-NH-) o ψ[CSNH2]
Amide inversa (-NH-CO-) o ψ[NHCO]
Amide ridotta o metilenamina (-CH2-NH-) o ψ [CH2NH]
Tioetere metilenico (-CH2-S-) o ψ[ CH2S] e metilensolfossido (-CH2-SO-) Etere metilenico (-CH2-O-) o ψ[ CH2O]
Etilene o “carba” (-CH2-CH2-) trans-olefina (-CH=CH-)
Tetrazolo 1,5-disostituito (CN4) Chetometilene (-CO-CH2-)
Modulazione Molecolari di peptidi
Bioisosteri del legame ammidico
Modulazione Molecolari di peptidi
Tioamide (-CS-NH-) o ψ[CSNH2]
La tioamide viene facilmente ottenuta a partire dall'amide per azione del reattivo di Lawesson. Questo gruppo assume una configurazione planare simile a quella del gruppo -CO-NH- e risulta essere leggermente più ingombrante rispetto quest'ultimo ( lunghezza >C=S : 1.64 Å >C=O 1.24 A). La differenza fondamentale riguarda la capacità di formare legami idrogeno in quanto I'NH della tioamide essendo più acido risulta un forte donatore di legame idrogeno ed il gruppo >C=S un debole accettore di legami idrogeno. In questo modo il legame idrogeno tra >C=O e HN-C=S è più forte mentre il legame tra
>C=S e HN-C=O è più debole rispetto il legame idrogeno tra
>C=O ed HN-C=O.
Modulazione Molecolari di peptidi
Amide inversa (-NH-CO-) o ψ[NHCO]
L’amide inversa viene formata dalla reazione tra un residuo gem-diaminoalchilico (gM) (parte N-terminale) ed il residuo 2-alchilmalonico (mM) (parte C-terminale).
Modulazione Molecolari di peptidi
Amide ridotta o metilenamina (-CH2-NH-) o ψ [CH2NH]
Il gruppo metilenaminico rappresenta la forma ridotta del gruppo amidico. Questo isostere privo di doppi legami offre una libera rotazione intorno al legame -C-N- (angolo ω). La particolarità di questo gruppo consiste nell'impossibilità da parte del gruppo amminometilenico di fungere da accettore di legame idrogeno in quanto a pH fisiologici l'amino gruppo risulta protonato.
Modulazione Molecolari di peptidi
Tioetere metilenico (-CH2-S-) o ψ[ CH2S] ed etere metilenico (-CH2-O-)
Entrambi gli isosteri offrono polarità, flessibilità e stabilità metabolica. Il gruppo ossimetilenico presenta alcuni vantaggi rispetto il tioetere ed in particolare la nucleofilicità e la possibilità di ossidazione dell'ossigeno sono trascurabili rispetto quelle dello zolfo. Infatti quest'ultimo viene facilmente ossidato per dare solfossido. Inoltre, l'etere avendo una maggior polarità può formare legami idrogeno più forti. Anche la geometria molecolare dell'etere risulta più idonea (distanza tra Cα- Cα) rispetto il gruppo tiometilenico.
Modulazione Molecolari di peptidi
Etilene o “ carba” (-CH2-CH2-)
Il gruppo etilenico può essere utilizzato come il gruppo ossimetilenico od il tiometilenico riducendo drasticamente la polarità. Non permette la formazione di legami idrogeno ed aumenta notevolmente la flessibilità del pattern peptidico.
trans-olefina (-CH=CH-)
Generalmente il legame peptidico nei peptidi e nelle proteine assume la configurazione trans in quanto quella cis induce interazioni steriche indesiderate. La sostituzione con il gruppo trans (-CH=CH-) può mimare ottimalmente il legame amidico in termini di geometria molecolare (angoli di legame e distanze).
D'altra parte, questo gruppo non offre nè alcun grado di flessibilità che di solito il gruppo amidico possiede e nemmeno la possibilità di formare legami idrogeno.
Modulazione Molecolari di peptidi
Tetrazolo 1,5-disostituito (CN4)
Il gruppo tetrazolico è stato proposto per mimare il gruppo amidico nella configurazione cis. Questo non è stato possibile con le cis-olefine in quanto isomerizzano facilmente per dare l'isomero più stabile di tipo trans.
Chetometilene (-CO-CH2-)
Il gruppo chetometilenico risulta conformazionalmente diverso rispetto il gruppo amidico in quanto il legame tra l'atomo di carbonio del carbonile ed il carbonio del metilene non possiede alcun carattere di doppio legame. Inoltre gli idrogeni del metilene non possono essere utilizzati per formare legami idrogeno.
Modulazione Molecolari di peptidi
L’incorporazione di un analogo stabile dello stato di transizione all’interno di una catena peptidica ha dato ottimi risultati nella sintesi di inibitori di proteasi aspartiche. L’enzima, che come proposto da Pauling ha un’affinità maggiore per lo stato di transizione della reazione che per il substrato riconosce così l’analogo e non è più disponibile per la catalisi.