Caractérisation des peptides. Synthèse et modifications des peptides

Mots-clés : peptide ; hydrolyse peptidique ; liaisons peptidiques ; modifications peptidiques ; synthèse peptidique ; …

Mots-clés : peptide ; hydrolyse peptidique ; liaisons peptidiques ; modifications peptidiques ; synthèse peptidique ; liaison peptidique ; hormones peptidiques ; analogues peptidiques ; salage ; amidation ; acétylation

Peptides

Les peptides sont des composés chimiques construits de manière similaire aux protéines, à partir d'acides aminés. Ils se forment par la jonction de deux acides aminés ou plus via une liaison peptidique résultant d'un processus de condensation, au cours duquel, en plus du peptide, une molécule d'eau est également produite. (Fig. 1) Ils suscitent un large intérêt, remplissant des fonctions biologiques importantes. De nombreuses hormones et neurotransmetteurs sont en effet des peptides. Dans le cas des peptides endogènes, ils agissent de manière antimicrobienne, fonctionnant comme le système de défense de l'organisme. Les peptides naturels et leurs analogues synthétiques sont considérés comme des composés attrayants d'importance thérapeutique en raison de leur haut degré d'activité, leur faible toxicité et l'absence d'interaction avec les médicaments. En pratique médicale, seuls quelques peptides sont utilisés en raison de leur instabilité biologique et de leur dégradation rapide, cependant la synthèse peptidique permet d'obtenir des formes stables. Il en va de même, par exemple, pour la synthèse de peptides à partir de sources naturelles. Les peptides se présentent sous une forme non ramifiée et possèdent seulement deux extrémités spécifiques. L'une d'elles est appelée extrémité amino, où un acide aminé avec un groupe α-amino libre est présent. L'autre est appelée extrémité carboxyle ou extrémité C, où un acide aminé avec un groupe α-carboxyle libre est présent.

Nomenclature des peptides

La nomenclature des peptides commence par le nom du résidu d'acide aminé en position N-terminale, suivi des noms des résidus d'acides aminés successifs, et se termine par le nom de l'acide aminé en position C-terminale. La séquence des acides aminés est notée à l'aide de symboles à trois lettres ou à une lettre.

Liaison peptidique

Le carbone, à la suite de la réaction du groupe α-carboxyle, se lie à l'azote du groupe α-amino par une liaison simple – une liaison peptidique. On suppose que cette liaison se forme sous la forme de deux structures qui restent en un équilibre mutuel spécifique. La liaison C-N passe en C=N et vice versa. La rotation autour de l'axe C=N n'est pas possible, ce qui signifie que la liaison peptidique est suffisamment rigide pour posséder les caractéristiques d'une double liaison. Dans le cas d'une liaison peptidique impliquant le groupe imino de la proline ou de l'hydroxyproline avec le groupe carboxyle d'un autre acide aminé, une structure différente et distincte se forme. Dans ce cas, l'azote est incorporé dans la structure du cycle pyrrolidine ; il n'y a pas de substituant hydrogène, ce qui signifie qu'il n'y a pas de possibilité de rotation par rapport aux liaisons formées en présence d'azote. Les acides aminés qui participent à la formation d'une liaison peptidique perdent des fragments de leurs molécules – spécifiquement le -OH du groupe carboxyle et le -H du groupe amino. C'est pourquoi les acides aminés présents dans les peptides et les protéines sont appelés résidus d'acides aminés. Les liaisons peptidiques résultantes sont stables et leur rupture ne peut se produire que sous l'action de bases et d'acides forts à des températures simultanément élevées.

Rupture de la liaison peptidique

La rupture de la liaison peptidique se produit à la suite d'une réaction d'hydrolyse peptidique, qui repose sur la rupture des liaisons peptidiques formées et la restauration des acides aminés individuels. L'eau participe à cette réaction, ses molécules se décomposant en groupes hydroxyle (-OH) et atomes d'hydrogène (H), qui se combinent ensuite avec les liaisons libérées de la substance.

Classification des peptides

La classification des peptides est établie en fonction du nombre d'acides aminés qui les composent. Dans la classification générale des peptides, on distingue :

• Dipeptides – produits formés par la réaction de deux acides aminés tout en conservant le groupe amino libre d'un acide aminé et le groupe carboxyle libre du second acide aminé ;

• Oligopeptides – peptides composés de plusieurs à plus d'une douzaine d'acides aminés ;

• Polypeptides – peptides plus longs contenant plusieurs dizaines de résidus d'acides aminés ;

• Protéines – acceptées lorsqu'une molécule est constituée de plus de cent résidus d'acides aminés.

Spectre d'activité des peptides

Les peptides présentent un large spectre d'activité biologique et sont utilisés dans le traitement des infections bactériennes, des maladies virales, des maladies cardiovasculaires, des affections du système squelettique, des maladies du système nerveux, du diabète et de l'ostéoporose.

Avantages des peptides

• Haute activité et sélectivité
• Large éventail de cibles moléculaires
• Toxicité potentiellement plus faible comparée aux composés de faible poids moléculaire
• Faible accumulation dans les tissus
• Grande diversité chimique et biologique
• Découvrable au niveau génétique
• Synthèse facile des analogues

Synthèse peptidique

Selon le peptide que nous souhaitons obtenir, nous avons besoin d'une méthode de synthèse appropriée. En bref, nous tenterons de présenter la synthèse peptidique en fonction de sa taille. Pour obtenir un dipeptide, un réactif doit être utilisé pour activer le groupe carboxyle de l'acide aminé arylant, ou l'acide aminé acylant doit être converti en anhydride. Un processus plus laborieux et difficile est la synthèse de peptides plus grands, qui sont obtenus à partir d'un dipeptide, impliquant le retrait du groupe protecteur de l'acide aminé N-terminal et son acylation avec le prochain acide aminé N-protégé. Ce processus est particulièrement long, car les étapes mentionnées sont répétées jusqu'à l'obtention d'un peptide de la séquence prévue. Pour l'obtention de peptides de grande taille, la méthode Merrifield est la plus performante et la plus simple. Cette méthode est réalisée en phase solide. L'acide aminé C-terminal est fixé à un polymère, puis les acides aminés successifs sont ajoutés jusqu'à atteindre la longueur de chaîne désirée.

Peptides biologiquement actifs

Les hormones peptidiques et protéiques sont largement présentes dans notre environnement. Elles étaient auparavant connues principalement comme des formes relativement instables. Sous l'influence de la synthèse, la thérapie par peptides peut être choisie de plus en plus en toute confiance pour être durable et efficace selon les besoins de l'organisme. C'est précisément pourquoi il vaut la peine de s'engager habilement et en toute sécurité dans la stimulation hormonale. En tenant compte de certains peptides biologiquement actifs, nous pouvons citer par exemple le glutathion, qui en tant que tripeptide à structure spécifique est composé de glutamate, cystéine et glycine. Le glutamate se trouve en tant qu'acide aminé N-terminal. La liaison du glutamate avec la cystéine est cependant atypique pour les peptides et protéines, car ici ce n'est pas le groupe α-carboxyle du glutamate mais le groupe γ-carboxyle qui est présent. Le glutathion existe donc sous une forme réduite et une forme oxydée, étant γ-glutamylcystéinylglycine. Sous forme réduite, il possède un groupe sulfhydryle libre, tandis que sous forme oxydée, une paire d'atomes d'hydrogène se détache des groupes -SH. Les atomes de soufre restent privés d'hydrogène, ce qui entraîne la formation d'un pont disulfure. La capacité du glutathion à être modifié en un état oxydé ou réduit est importante dans les processus d'oxydoréduction.

D'autres exemples sont l'ocytocine et la vasopressine, qui, en tant que nonapeptides produits par les neurones hypothalamiques et libérés par l'hypophyse postérieure, ne diffèrent que par deux acides aminés. La cystéine se trouve en deux positions, ce qui conduit à la formation d'un pont disulfure. L'ocytocine agit comme une hormone stimulant l'activité contractile de l'utérus. La vasopressine, quant à elle, stimule la réabsorption d'eau dans les tubules rénaux. La vasopressine joue également un rôle important dans la régulation de la sécrétion de l'hormone adrénocorticotrope (ACTH) en situation de stress.

Hormones peptidiques

Hormone adrénocorticotrope (ACTH)

L'hormone adrénocorticotrope, en tant que peptide de 39 acides aminés, est produite à la suite de la dégradation d'une molécule précurseur beaucoup plus grande – la pro-opiomélanocortine (POMC). La pro-opiomélanocortine sert également de source à d'autres peptides actifs. Deux peptides sont contenus dans la structure même de l'ACTH. Il s'agit de l'hormone α-mélanotrope (α-MSH), qui est structurellement identique aux 13 premiers acides aminés de l'ACTH, et du peptide intermédiaire de la partie lobaire corticotrope – fragment 18-39 de l'ACTH. La fonction principale de l'ACTH est considérée comme la stimulation du cortex surrénalien de manière à ce qu'il soit capable de sécréter des hormones stéroïdes. L'hormone adrénocorticotrope est responsable de la régulation de l'activité au niveau de la zone fasciculée et de la zone réticulée. Les 18 premiers acides aminés sont responsables de l'activité biologique de l'ACTH. La régulation de l'ACTH se fait par l'hormone de libération de la corticotropine (CRH), une hormone présente dans l'hypothalamus, qui libère la corticotropine via le cortisol par rétrocontrôle négatif. Cela signifie qu'une carence en cortisol stimule la CRH et l'ACTH, tandis qu'un excès inhibe la sécrétion. En libérant du cortisol, de nombreuses fonctions vitales importantes sont ainsi régulées, notamment la mobilisation de l'organisme en situation de stress, l'élévation de la pression artérielle et les capacités anti-inflammatoires. L'ACTH est sécrétée de manière pulsatile selon un rythme circadien, ce qui signifie que sa concentration la plus élevée est observée le matin, moment où cela est le plus souhaitable, puis diminue au cours de la journée. Une augmentation de la sécrétion d'ACTH est observée dans des états pathologiques tels que l'insuffisance corticosurrénalienne, la maladie de Cushing ou le syndrome de Nelson.

Insuline et peptide C

L'insuline et le peptide C sont sécrétés en continu par le pancréas dans le corps humain. Lors de la production d'insuline, dans le processus de sa biosynthèse, le peptide C est produit. Les cellules pancréatiques produisent la préproinsuline dans un premier temps, qui subit ensuite une modification par le détachement d'acides aminés, conduisant à la formation de la proinsuline composée de deux chaînes A et B reliées par le peptide C, suivie du détachement de la proinsuline du peptide C, ce qui donne la forme finale. Lorsque le glucose apparaît dans le corps, le pancréas reçoit un signal pour libérer des granules contenant les molécules d'insuline et de peptide C stockées. Le peptide C est retenu dans le foie beaucoup plus longtemps que l'insuline, car il n'y est pas dégradé. Sa dégradation a lieu principalement dans les reins. Dans le cas de l'insuline comme du peptide C, des concentrations élevées ou excessivement basses conduisent au développement du diabète de type I ou II ainsi que de la maladie de Cushing. Pour le peptide C, les fluctuations de concentration peuvent également indiquer une insuffisance rénale chronique ou la présence de métastases ou de récidive tumorale locale, ce qui explique l'importance de maintenir des normes de concentration appropriées.

Motiline

La motiline est une hormone associée aux muscles lisses de l’estomac et des intestins, contrôlée par les fibres du nerf vague. Synthétisée dans les cellules endocrines. En tant qu’hormone peptidique composée de 22 acides aminés situés dans une séquence spécifique, elle est produite par les cellules de l’intestin grêle. Produite par les cellules endocrines M (Mo) du système digestif, elle participe à la régulation de la motilité gastro-intestinale. La motiline est une hormone importante participant à la formation de la phase III du complexe moteur migrant (MMC), au cours de laquelle l’estomac et l’intestin grêle ont pour tâche de vider l’estomac des restes alimentaires inutiles et des cellules épithéliales desquamées par stimulation des mouvements péristaltiques. L’hormone influence également la vidange de la vésicule biliaire pendant la période interdigestive, au moment de la concentration maximale de motiline.

Glucagon

Le glucagon est l’une des hormones impliquées dans la régulation de la concentration de glucose ; ce peptide est sécrété par les cellules endocrines du pancréas. C’est un polypeptide composé de 29 acides aminés, produit à partir d’un précurseur de structure composée de 180 acides aminés. Les variations de la concentration de glucose permettent la sécrétion de glucagon. La production de l’hormone glucagon a lieu dans les îlots pancréatiques, où le glucagon et le polypeptide pancréatique lié au glicentine (GRPP) sont produits à partir du proglucagon. La tâche principale du glucagon est de maintenir une concentration adéquate de glucose dans le sérum lors de sa baisse entre les repas ou pendant un effort physique. Ses réserves dans de telles situations sont libérées par le foie pour fournir une protection appropriée à l’organisme. De plus, il peut participer à la régulation pendant la prise alimentaire, ce qui signifie que la sensation de satiété peut apparaître plus tôt. Le glucagon peut potentiellement inhiber la libération de ghréline et également inhiber le péristaltisme intestinal.

Analogues peptidiques

Les analogues peptidiques sont définis comme des composés chimiques appropriés dans lesquels un atome est remplacé par un autre par rapport au composé parent, tandis que la structure générale du peptide reste inchangée. Les analogues peptidiques incluent les analogues de structure hélicoïdale ainsi que les analogues de β-coudes et de feuillets β. Dans le premier type, les hélices sont l’un des éléments structurels clés des peptides bioactifs. Stabiliser de courts fragments oligomères en conformation hélicoïdale entraîne une augmentation de l’activité. Dans les analogues de β-coudes et de feuillets β, des résidus d’acides aminés D ou des résidus d’acides aminés β, γ, δ sont insérés. Les analogues peptidiques permettent d’obtenir de nouveaux composés peptidiques qui seront plus stables, trouveront une application dans un spectre symptomatique plus large et permettront de résoudre de manière innovante les problèmes liés à l’action des formes pré-analogues existantes.

Salage des peptides

Le processus de salage consiste à modifier les charges des protéines. Les charges des protéines sont neutralisées par les anions et cations du sel. Les molécules de protéines ne s'attirent pas entre elles et ne forment pas d'agrégats, et la protéine elle-même est précipitée suite à la perte de sa couche d'hydratation. Le processus de salage est réversible. Dans le processus inverse, le sel est éliminé par dialyse ou sa concentration est réduite par ajout d'eau. D'après nos articles précédents, on peut affirmer avec confiance que le salage, qui a conduit à la formation d'une forme stable du peptide BPC-157, est une méthode innovante pour assurer la stabilité des peptides et par conséquent étendre l'action biologique des peptides.

Acétylation des peptides

L'acétylation implique la fixation de radicaux acétyle sur des substrats, qui sont des composés avec des groupes NH2, OH ou SH, avec la participation de l'enzyme N-acétyltransférase. La source du radical acétyle est l'acétyl-CoA. La fonction principale des N-acétyltransférases est de faciliter la liaison du groupe acétyle avec le groupe amino des amines aromatiques et des hydrazines (réaction d'N-acétylation), c'est-à-dire la détoxification de composés exogènes potentiellement toxiques.

Amidation des peptides

Lorsque les liaisons peptidiques sont rompues et qu'ensuite la chaîne polypeptidique se fragmente, des groupes carbonyles se forment. L'oxydation d'une molécule de protéine par un radical hydroxyle commence par le détachement d'un atome d'hydrogène au niveau du carbone α d'un acide aminé. Le radical alkyle résultant réagit avec l'oxygène pour former un radical alkylperoxyle qui se transforme en hydroperoxyde alkyle. Le radical alkoxyle formé peut se transformer en un résidu d'acide aminé hydroxylé au carbone α ou peut entraîner la fragmentation de la chaîne polypeptidique. La présence d'un radical alkoxyle favorise la fragmentation de la chaîne polypeptidique. La rupture de la liaison peptidique peut se produire via des voies d'α-amidation ou de diamidation. Le peptide N-terminal formé lors de la fragmentation α-amide possède un groupe amide à son extrémité C, tandis que le second peptide contient un dérivé N-α-kétoacyle à son extrémité N. La fragmentation par la voie diamide se caractérise par la formation d'un peptide N-terminal contenant une structure diamide et d'un peptide dérivé de l'extrémité C de la molécule protéique contenant une structure isocyanate à son extrémité N.

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