Tổng hợp các dẫn xuất beta peptidomimetic (luận văn thạc sĩ khoa học)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------

Phùng Phan Huyền Quyên

TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT BETAPEPTIDOMIMETIC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC


Hà Nội - 2019
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------

Phùng Phan Huyền Quyên

TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT BETAPEPTIDOMIMETIC

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
Mã số: 8440112.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. Mạc Đình Hùng


Hà Nội - 2019

LỜI CẢM ƠN
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS.
Mạc Đình Hùng đã tin tưởng giao đề tài và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong
suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, tập thể thầy cô giáo khoa Hóa
trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN và các cô chú kĩ thuật viên đã tạo
điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, đồng nghiệp và các bạn sinh viên ở phòng
thí nghiệm Hóa dược đã động viên, ủng hộ trong suốt thời gian nghiên cứu vừa qua.
Hà Nội, ngày 19 tháng 11 năm 2019
Học viên

Phùng Phan Huyền Quyên

1.1.1. MỤC LỤ


MỞ ĐẦU..................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN...................................................................................3
1.1. Peptide............................................................................................................3
1.1.1. Danh pháp và đồng phân.........................................................................3
1.1.2. Phương pháp điều chế peptide phổ biến..................................................4
1.1.3. Phương pháp điều chế peptide của Merrifield.........................................5
1.1.4. Phương pháp điều chế peptide của Bergman...........................................5
1.1.5. Phương pháp điều chế peptide của Scheechan.........................................6
1.1.6. Cấu trúc phân tử và tính chất vật lý.........................................................6
1.1.7. Tính chất hóa học.....................................................................................6
1.2. Protein............................................................................................................7
1.2.1. Phân loại protein......................................................................................7

1.2.2. Cấu trúc phân tử protein..........................................................................8
1.2.3. Thuyết về cấu trúc của protein.................................................................8
1.3. Peptidomimetic.............................................................................................10
1.3.1. Khái niệm peptidomimetic.....................................................................10
1.3.2. Phân loại peptidomimetic.......................................................................11
1.3.3. Nguyên tắc tổng hợp peptidomimetic....................................................12
1.3.4. Phương pháp thiết kế peptidomimetic...................................................14
1.3.5. Ứng dụng peptidomimetic.....................................................................18
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.............21
2.1. Đối tượng và mục đích nghiên cứu...............................................................21
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................21
2.1.2. Mục đích nghiên cứu.............................................................................21
2.2. Dụng cụ và hóa chất.....................................................................................21
2.2.1. Dụng cụ.................................................................................................21
2.2.2. Hóa chất.................................................................................................21
2.3. Phương pháp nghiên cứu..............................................................................22
2.3.1. Khử carboxyl thành alcohol...................................................................22


2.3.2. Chuyển hóa nhóm amino thành carbamate (urethane)...........................22
2.3.3. Chuyển hóa nhóm OH thành dẫn xuất iodua bằng phản ứng Appel.......24
2.3.4. Thế dẫn xuất halogenua bằng xianua.....................................................24
2.3.5. Tổng hợp β-amino acid từ α-amino acid................................................26
2.3.6. Tổng hợp các mảnh peptide...................................................................26
2.4. Sắc kí............................................................................................................29
2.4.1. Định nghĩa.............................................................................................29
2.4.2. Phân loại................................................................................................29
2.4.3. Sắc kí cột...............................................................................................30
2.4.4. Sắc ký bản mỏng....................................................................................31
2.5. Phương pháp vật lý hiện đại xác định cấu trúc phân tử.................................32

2.5.1. Phân tích cấu trúc hợp bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR).........33
2.5.2. Phổ proton 1H-NMR..............................................................................33
2.5.3. Phổ 13C-NMR.........................................................................................33
2.5.4. Phổ HSQC (Heteronuclear Single Quantum Coherence).......................34
2.5.5. Phổ HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Correlation).......................34
2.5.6. Phổ COSY (Correlation spectroscopy)..................................................34
2.5.7. Phổ NOESY (Nuclear Overhauser Enhancement Spectroscopy)...........34
2.6. Điều kiện thực nghiệm..................................................................................34
2.6.1. Tổng hợp β-amino alcohol.....................................................................35
2.6.2. Bảo vệ nhóm amino của β-amino alcohol..............................................35
2.6.3. Tổng hợp dẫn xuất iodua từ β-amino alcohol........................................36
2.6.4. Tổng hợp dẫn xuất nitrile từ dẫn xuất iodine.........................................36
2.6.5. Thủy phân các dẫn xuất nitrile...............................................................36
2.7. Tổng hợp beta-peptidomimetic.....................................................................37
2.7.1. Tổng hợp beta-dipeptidomimetic...........................................................37
2.7.2. Tổng hợp beta-tripeptidomimetic...........................................................37
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................38
3.1. Tổng hợp dẫn xuất este của β-amino alcohol................................................38
3.2. Tổng hợp beta-peptidomimetic.....................................................................43


3.2.1. Tổng hợp beta-dipeptidomimetic...........................................................43
3.2.2. Tổng hợp beta-tripeptidomimetic...........................................................46
KẾT LUẬN............................................................................................................48
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................49
PHỤ LỤC............................................................................................................... 54


DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG
A-Danh mục hình vẽ

Hình 1.1: Cấu trúc phân tử Oxytocin.........................................................................3
Hình 1.2:Cấu trúc phân tử Bradykinin.......................................................................4
Hình 1.3: Sơ đồ tổng hợp dipeptide theo bằng phương pháp phổ biến......................4
Hình 1.4: Sơ đồ tổng hợp polypeptide theo phương pháp Merrifield........................5
Hình 1.5: Cấu trúc xoắn α..........................................................................................9
Hình 1.6: Cấu trúc gấp β..........................................................................................10
Hình 1.7: Một peptidomimetic loại I.......................................................................11
Hình 1.8: (A) Cấu trúc Hormone giải phóng Thyrotropin.......................................12
Hình 1.9: Các nguyên tắc tổng hợp peptidomimetic................................................13
Hình 1.10: Một số α-aminocycloalkane carboxylic acid..........................................14
Hình 1.11: 5,5-dimethylthiazolidine-4-carboxylic acid (Dtc) trong Angiotensin II. 14
Hình 1.12: Một số kiểu đóng vòng trong peptide....................................................15
Hình 1.13: Sự bắt chước cấu trúc xoắn α.................................................................16
Hình 1.14: Sự bắt chước gấp β................................................................................17
Hình 1.15: Sự bắt chước gấp vòng ngược β (β-turn)...............................................18
Hình 1.16: Peptidomimetic ức chế chuyển hóa angiotensin ACE............................19
Hình 1.17: Peptidomimetic ức chế thrombin...........................................................20
Hình 2.1: Sơ đồ chung để khử nhóm carboxyl thành nhóm OH (Alcohol)..............22
Hình 2.2: Sơ đồ tổng hợp β-amino acid từ α-amino acid.........................................26
Hình 2.3: Sơ đồ hình thành liên kết peptide khi sử dụng tác nhân DCC..................27
Hình 2.4: Cơ chế phản ứng giữa HOBt và sản phẩm trung gian khi sử dụng DCC. 29
Hình 2.5: Các bước tiến hành sắc ký cột.................................................................31


Hình 2.6: Cách chuẩn bị một bản mỏng trong TLC.................................................31
Hình 2.7: Các bước tiến hành sắc ký lớp mỏng.......................................................32
Hình 3.1. Sơ đồ tổng hợp ester của β-amino alcohol từ α-amino acid.....................38
Hình 3.2: Sơ đồ tổng hợp beta-dipeptidomimetic....................................................44
Hình 3.3: Sơ đồ tổng hợp beta-dipeptidomimetic....................................................46
B-Danh mục bảng

Bảng 2.1: Tác nhân và điều kiện phản ứng bảo vệ nhóm amino dưới dạng tertbutoxycarbamate.....................................................................................................23
Bảng 2.2: Tác nhân và điều kiện phản ứng phân cắt nhóm bảo vệ tertbutoxycarbamate của nhóm amino..........................................................................23
Bảng 2.3: Tác nhân và điều kiện phản ứng bảo vệ nhóm amino dưới dạng
benzyloxycarbamate................................................................................................23
Bảng 2.4: Tác nhân và điều kiện phản ứng phân cắt nhóm bảo vệ Cbz...................23
Bảng 3.1: Hiệu suất tổng hợp dẫn xuất ester của β-amino acid...............................39
Bảng 3.2: Dữ liệu phổ các dẫn xuất 2a-c.................................................................39
Bảng 3.3: Dữ liệu phổ các dẫn xuất 3a-e.................................................................40
Bảng 3.4: Dữ liệu phổ các dẫn xuất 4a-e.................................................................41
Bảng 3.5: Dữ liệu phổ dẫn xuất 5a-e.......................................................................42
Bảng 3.6: Dữ liệu phổ các dẫn xuất 6a-e.................................................................43
Bảng 3.7: Công thức dẫn xuất beta-dipeptidomimetic.............................................44
Bảng 3.8: Dữ liệu phổ của beta-dipeptidomimetic..................................................45
Bảng 3.9: Các dẫn xuất beta-tripeptidomimetic dự kiến sẽ tổng hợp.......................47
Bảng 3.10: Dữ liệu phổ hợp chất 14........................................................................48


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Cbz
DCC
DCM
DMAP
DMF
DMSO
EDCI
HOBt
NMR
THF
TLC

: Carboxybenzyl
: N,N'-Dicyclohexylcarbodiimide
: Dichloromethane
: 4-Dimethylaminopyridine
: Dimethylformamide
: Dimethyl sulfoxide
: 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide
: Hydroxybenzotriazole
: Nuclear magnetic resonance
: Tetrahydrofuran
: Thin-layer chromatography


MỞ ĐẦU
Trong ba thập niên gần đây, nhiều cấu trúc cũng như các chức năng sinh học
vượt trội của các peptide, các hormone, một số peptide đặc thù như vasoactive
peptide và neuropeptide được công bố trên nhiều tạp chí khoa học uy tín và đã được
ứng dụng nhiều trong lĩnh vực y tế, dược phẩm [8, 33]. Một trong những chức năng
đáng chú ý của peptide là có thể tương tác với thụ thể gắn ở trên màng tế bào, do đó
chúng có thể tác động trực tiếp đến quá trình giao tiếp ở cấp độ “tế bào – tế bào” và
kiểm soát các chuyển hóa quan trọng trong cơ thể [8]. Do đó, việc sử dụng peptide
trong việc điều trị bệnh đang là chủ đề hấp dẫn, thu hút nhiều nghiên cứu trong lĩnh
vực hóa dược ngày nay. Việc tổng hợp các peptidomimetic có thể được xem xét từ
nhiều góc độ, phương pháp và mục đích khác nhau [8, 10, 11, 12, 13] ví dụ như:
việc tạo ra các dẫn xuất peptidomimetic cùng tính chất sinh học trong tổng hợp các
chất ức chế enzyme HIV-1 [8, 12, 13], tổng hợp pha rắn các dẫn xuất của pyrolidin
cho việc xác định các chất ức chế ACE mạnh [15], phương pháp sử dụng phản ứng
“click” để tạo thành vòng 1, 2, 3-triazol cho các chất ức chế ACE [15, 25], ức chế
HIV [12] và ức chế MMP. Hiện nay, đã có một số lượng lớn peptide được tổng hợp
và tiến hành thử hoạt tính trong các phòng thí nghiệm, mở ra một tương lai mới đầy

triển vọng trong việc điều trị bệnh tật [13, 14, 16].
Tuy nhiên, việc sử dụng peptide trong dược phẩm cũng có những nhược điểm
nhất định. Một số nhược điểm hay gặp đó là sự hấp thụ kém khi peptide được phân
giải trong quá trình tiêu hóa, sự khuếch tán thấp ở một số cơ quan, mô đặc biệt (ví
dụ: hệ thống thần kinh trung ương), quá trình đào thải peptide nhanh chóng ở gan và
thận [8]. Ngoài ra, các tương tác giữa peptide và các thụ thể tương thích trong cơ
thể có thể tạo ra những sản phẩm không mong đợi. Chính các yếu tố này làm giảm
đáng kể tác dụng của peptide trong dược phẩm. Để khắc phục nhược điểm này, các
nhà khoa học đã đề xuất một giải pháp nghiên cứu và phát triển mới [28, 29]. Đó là
các nhà khoa học chỉ sửa đổi cấu trúc so với peptide ban đầu mà vẫn đảm bảo duy
trì các hoạt tính sinh học hoặc thích hợp với các đích sinh học như các peptide ban
đầu [8, 29, 31]. Xuất phát từ ý tưởng này, một lĩnh vực mới trong hóa dược được
phát triển, đó là tổng hợp các phân tử peptidomimetic.
1


Ở Việt Nam hiện nay, tổng hợp các phân tử peptidomimetic còn khá là mới
mẻ. Trong khi đó, tiềm năng ứng dụng của peptidomimetic thì vô cùng lớn. Nhằm
mục đích làm quen với đối tượng nghiên cứu mới này đồng thời trau dồi thêm các
kĩ năng, kiến thức tổng hợp hữu cơ đã được học, tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu
trong luận văn này “Tổng hợp các dẫn xuất beta-peptidomimetic”.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Peptide
1.1.1. Danh pháp và đồng phân
Peptide là những polime amino acid, chứa từ 2 đến 50 gốc α – amino acid trong

phân tử. Đối với những phân tử peptide có chứa từ 2 đến 10 gốc α – amino acid
được gọi là oligopeptide, còn nếu chứa hơn 10 gốc α – amino acid thì được gọi là
polypeptide.
 Danh pháp peptide: Tên các peptide được gọi bằng cách ghép tên gốc axyl
của α – amino acid theo thứ tự sắp xếp của chúng trong phân tử, đọc từ
phía “đầu N” sang “đầu C”, riêng α – amino acid “đầu C” thì được giữ
nguyên tên [3, 7].
Ví dụ:

Alanylphenylalanylglyxin (Ala-Phe-Gly)
Một số peptide thiên nhiên có tên riêng như Oxytocin một loại hormone tình
yêu (Hình 1.1), Bradykinin có tác dụng làm giảm huyết áp (Hình 1.2).

3


Hình 1.1: Cấu trúc phân tử Oxytocin.

Hình 1.2:Cấu trúc phân tử Bradykinin.
 Đồng phân:
Số đồng phân cấu tạo của peptide là bằng n! (n: số α – amino acid trong phân
tử). Nếu trong phân tử peptide có i cặp amino acid giống nhau thì số đồng phân sẽ
n!
i
là 2

[3, 7].

1.1.2. Phương pháp điều chế peptide phổ biến
Để tổng hợp một peptide có các gốc α – amino acid trật tự xác định thì đầu

tiên ta cần phải bảo vệ nhóm chức –NH2 và –COOH nào đó trước khi chúng tham
gia các phản ứng tạo liên kết peptide. Sau khi đã bảo vệ nhóm amino và nhóm
cacboxyl, tiến hành thực hiện phản ứng ngưng tụ giữa hai amino acid nhờ chất xúc
tác DCC thì thu được các peptide. Cuối cùng, loại bỏ các nhóm bảo vệ bằng phản
ứng hydro phân [3, 7].
Ví dụ:

4


Hình 1.3: Sơ đồ tổng hợp dipeptide theo bằng phương pháp phổ biến.
1.1.3. Phương pháp điều chế peptide của Merrifield
Phương pháp tổng hợp peptide trong pha rắn, nhờ chất mang rắn là loại
polistiren clometyl hóa mà mỗi 100 vòng benzene lại có một nhóm –CH2Cl thế vào
vị trí para [3, 7].
Phản ứng được tiến hành giữa hai dung dịch amino acid đã được bảo vệ nhóm
amin và dung dịch polime. Sản phẩm thu được là ester của amino acid có chứa
polime. Sau đó lọc kết tủa rồi cho tác dụng với acid để tách nhóm bảo vệ (Boc, Cbz,
…). Cho ngưng tụ tiếp với amino acid đã khóa nhóm amin có mặt chất xúc tác là
DCC. Sau đó lại loại bỏ nhóm bảo vệ bằng acid, lặp đi lặp lại quá trình này để phát
triển mạch cho đến khi tạo thành polypeptide với hiệu suất cao [3, 7].
Ưu điểm: sản phẩm dễ tinh chế, các nhóm bảo vệ dễ dàng tách ra khi thực
hiện phản ứng hydro phân, hiệu suất phản ứng khá cao và tránh được sự raxemic
hóa.
Ví dụ:

Phá
Ester hóa

bảo vệ

Chất mang rắn

Chất mang rắn

Chất mang rắn

Phá bảo vệ
Chất mang rắn

Chất mang rắn

5

Chất mang rắn


Chất mang rắn

Phá bảo vệ

Chất mang rắn

Hình 1.4: Sơ đồ tổng hợp polypeptide theo phương pháp Merrifield
1.1.4. Phương pháp điều chế peptide của Bergman
Nhóm amino được bảo vệ bằng cách cho amino acid phản ứng với
cacbobenzoxiclorua, sau đó cho khóa nhóm cacboxyl bằng SOCl2 và cho ngưng tụ
với amino acid khác, cuối cùng thực hiện phản ứng hydro phân [3, 7].
1.1.5. Phương pháp điều chế peptide của Scheechan
Cho anhydride phtalic tác dụng với amino acid, tiếp tục cho phản ứng với

amino acid thứ hai có mặt HCl và sau đó hydrazit hóa.
1.1.6. Cấu trúc phân tử và tính chất vật lý
 Cấu trúc phân tử:
Phân tử peptide gồm hai hoặc nhiều gốc amino acid kết hợp với nhau nhờ liên
kết peptide [3, 7]:

Cấu trúc lập thể của peptide được Linus Pauling nghiên cứu từ cuối năm
1930 và ông đã phát hiện ra rằng nhóm peptide có cấu trúc phẳng. Nguyên tử H của
nhóm NH nằm ở phía anti với nguyên tử C trong nhóm cacbonyl; góc liên kết giữa
nguyên tử carbon-cacbonyl và nguyên tử nitơ gần bằng 1200. Liên kết peptide C-N
mang một phần đặc điểm của liên kết đôi C=N do sự liên hợp của cặp electron tự do
ở N về phía cacbonyl. Chính vì thế liên kết peptide khó quay xung quanh trục C-C
[3, 7]. Điều này là nguyên nhân dẫn đến cấu trúc xoắn của phân tử.

6


 Tính chất vật lý:
Những peptide có phân tử khối nhỏ là những chất kết tinh, tan tốt trong nước,
không tan trong ancol tinh khiết. Các peptide có phân tử khối lớn là những chất rắn
vô định hình tạo thành dung dịch keo trong nước [3, 7].
Các peptide cũng tồn tại ở dạng ion lưỡng cực, chúng cũng là hợp chất lưỡng tính.
1.1.7. Tính chất hóa học

 Tính acid-base của peptide
Peptide là những chất lưỡng tính vì trong phân tử còn có cả nhóm amino và
nhóm cacboxyl tự do.

 Phản ứng thủy phân
 Phản ứng thủy phân hoàn toàn:

Đun nóng các peptide với dung dịch kiềm hoặc dung dịch acid thu được sản
phẩm cuối cùng là hỗn hợp các amino acid (hoặc muối của các amino acid nếu tiến
hành trong môi trường kiềm).
 Phản ứng thủy phân không hoàn toàn:
Nhờ các enzyme đặc hiệu, các peptide được thủy phân không hoàn toàn thành
những phân tử peptide nhỏ hơn. Enzyme aminopeptidaza xúc tác cho phản ứng thủy
phân, thu được amino acid “đầu N” và phân tử peptide nhỏ hơn.
Trong khi đó, enzyme cacboxydaza xúc tác cho phản ứng thủy phân peptide
thu được amino acid “đầu C” và phân tử peptide nhỏ hơn.

 Phản ứng màu biure
Những peptide có từ hai nhóm peptide trở lên đều có phản ứng với dung dịch
CuSO4 loãng trong môi trường kiềm tạo thành dung dịch phức có màu tím. Màu là
do ion Cu2+ tạo phức với các nhóm peptide. Dipeptide cho màu xanh, tripeptide cho
màu tím và polypeptide cho màu đỏ tím. Do đó phản ứng biure được dùng để phân
tích định tính và định lượng peptide và protein.

 Phản ứng với 2,4-dinitroflorobenzene

7


Nhóm amino của gốc amino acid “đầu N” phản ứng với 2,4-dinitroflorobenzen
thu được dẫn xuất 2,4-dinitrophenyl.
1.2. Protein
1.2.1. Phân loại protein

 Dựa vào thành phần hóa học:
Protein đơn giản: những protein khi thủy phân hoàn toàn chỉ cho hỗn hợp các
L- α – amino acid.

Protein phức tạp: những protein khi thủy phân hoàn toàn tạo thành không chỉ
hỗn hợp L-α-amino acid mà còn có thành phần phi protein (không chứa amino
acid). Tùy theo thành phần phi protein, ta có các protein phức tạp như sau:
 Photphoprotein: protein phức tạp được cấu tạo bởi polypeptide và gốc acid
phosphoric nhờ liên kết ester giữa acid phosphoric với các nhóm –OH của
amino acid [3, 7].
 Glycoprotein: protein phức tạp được cấu tạo bởi polypeptide và oligosaccarit
hoặc polysaccarit nhờ các liên kết O-glicozit hoặc N-glicozit.
 Nucleoprotein: gồm deoxyribonucleoprotein và ribonucleoprotein: protein
phức tạp được cấu tạo bởi polypeptide và deoxyribonucleic hoặc ribonucleic.
 Metaloprotein: protein phức tạp được cấu tạo bởi polypeptide với một số ion
kim loại như Fe2+, Mg2+, Ca2+ nhờ các kiểu liên kết trong hợp chất phức.

 Theo hình dạng phân tử protein:
 Protein hình cầu là những phân tử có dạng hình cầu, tan trong nước.
 Protein hình sợi là những phân tử có dạng hình sợi, không tan trong nước.
1.2.2. Cấu trúc phân tử protein
Thành phần của protein gồm trên 20 loại α–amino acid và trong đó có khoảng
10 loại amino acid rất ít gặp. Phân tử khối của protein rất lớn từ hàng nghìn đến
hàng chục triệu đvC. Thành phần nguyên tố chủ yếu là C (50-52%), H (6,8-7,7%),
O(23-24%), N (15-18%), S (0.5%-2%) cùng với lượng nhỏ kim loại.
Fisher và Hopmaist đã đưa ra giả thiết chuỗi polypeptide về cấu tạo của
protein, thuyết này cho rằng phân tử protein được tạo thành bởi một hoặc vài chuỗi

8


polypeptide. Các chuỗi peptide trong phân tử protein có thể tồn tại ở dạng mạch
không nhánh, mạch phân nhánh hoặc mạch vòng.
1.2.3. Thuyết về cấu trúc của protein

Năm 1958, Linder Stromlang và Bernal khi nghiên cứu cấu trúc của protein đã đưa
ra 4 dạng cấu trúc: Cấu trúc bậc 1, cấu trúc bậc 2, cấu trúc bậc 3 và cấu trúc bậc 4.

 Cấu trúc bậc 1:
Cấu trúc bậc một là trật tự sắp xếp của các gốc amino acid trong các chuỗi
polypeptide. Cấu trúc này được duy trì nhờ các liên kết peptide. Do sự sắp xếp khác
nhau nên 20 L- α – amino acid trong thiên nhiên tạo ra vô số các phân tử protein có
cấu trúc khác nhau [3, 7].

 Cấu trúc bậc 2:
Cấu trúc bậc hai là cấu dạng của phân tử protein, trong đó mỗi amino acid
chiếm một vị trí không gian xác định trong mạch polypeptide. Pauling và Corey đã
đưa ra hai loại: cấu dạng xoắn α và cấu dạng gấp β. Cấu trúc bậc 2 được duy trì bền
vững nhờ liên kết hydro giữa các nhóm peptide khác nhau.
Ở cấu trúc xoắn α (Hình 1.5), đoạn mạch polypeptide xoắn lại thành ống
hình trụ, gốc R của các amino acid hướng ra phía ngoài ống hình trụ. Mỗi vòng
0

xoắn có khoảng 3,6 gốc amino acid và khoảng cách giữa các vòng khoảng 5,4

A

. Mạch peptide có thể xoắn theo chiều kim đồng hồ (xoắn phải) hoặc ngược chiều
kim đồng hồ (xoắn trái) [3, 7]. Cấu trúc xoắn α được duy trì nhờ liên kết hydro
giữa nhóm C=O của một nhóm peptide với N-H của nhóm peptide thứ 4 sau nó
(cách nhau 3 gốc amino acid). Chiều dài các đoạn xoắn α trong phân tử protein
0

thường ngắn hơn 40

A .

9


Cấu trúc
bậc 1

Cấu trúc
xoắn α

Hình 1.5: Cấu trúc xoắn α
Cấu trúc gấp β (Hình 1.6) là cấu trúc cơ bản của protein trong các mô sừng,
móng, xương…Cấu trúc gấp β có các mạch polypeptide đều duỗi dài theo đường
zich-zac và nằm trên những mặt phẳng gấp [3, 7]. Các mạch polypeptide này được
sắp xếp cạnh nhau và liên kết với nhau nhờ liên kết hydro giữa các nhóm peptide
của mạch này với nhóm peptide của mạch bên cạnh.
Cấu trúc bậc 2

Gấp β

Xoắn α

10


Hình 1.6: Cấu trúc gấp β

 Cấu trúc bậc 3:
Cấu trúc bậc 3 là hình dạng của mạch polypeptide cuộn lại trong không gian.

Cấu trúc bậc 3 này duy trì nhờ liên kết hydro giữa các gốc amino acid, lực hút van
de Van, lực tương tác tĩnh điện, liên kết disulfua –S-S- và liên kết ester.

 Cấu trúc bậc 4:
Cấu trúc bậc 4 là một tổ hợp gồm hai hay nhiều đại phân tử protein kết hợp
với nhau nhờ lực hút van de Van và liên kết hydro giữa các nhóm nguyên tử phân
bố trên bề mặt các đại phân tử.
1.3. Peptidomimetic
1.3.1. Khái niệm peptidomimetic
Peptidomimetic là những hợp chất peptide có cấu trúc bậc hai [8]. Cấu trúc
của chúng tuy tương tự nhưng vẫn thể hiện hoạt tính sinh học hoặc tương tác với
các đích sinh học giống với peptide hoặc protein tự nhiên. Do đó, chúng có thể liên
kết hoặc tương tác mạnh mẽ hơn với enzyme hoặc thụ thể so với các peptide ban
đầu. Bên cạnh ưu điểm đó thì các peptidomimetic cũng hạn chế được nhiều nhược
điểm mà peptide hay gặp phải như là khả năng chuyển hóa và hấp thụ thấp, dễ dàng
bài tiết thông qua gan và thận, hiệu quả thấp do có thể tương tác linh hoạt với nhiều
thụ thể khác nhau [8]. Hiện nay, peptidomimetic được phát triển và hoàn thiện như
là một phương thuốc đầy tiềm năng với các hoạt tính sinh học phong phú trong hóa
học dược phẩm.
1.3.2. Phân loại peptidomimetic
Thông thường các peptidomimetic được phân loại dựa vào đặc điểm cấu trúc
và chức năng. Chúng được chia thành 4 loại:
 Loại I:
Peptidomimetic có khả năng “bắt chước” về cấu trúc [8] (thuật ngữ tương
ứng: structural mimetics). Trong cấu trúc các phân tử loại I này thì vị trí các nhóm
chức năng tương tự về định hướng không gian nhất định như với các peptide trong
tự nhiên. Chính nhờ vẫn đảm bảo sự tương đồng về hình dạng như với peptide tự

11

nhiên nên các peptidomimetic loại I này vẫn có thể tương tác với các enzyme hoặc
thụ thể tương ứng.

Hình 1.7: Một peptidomimetic loại I.
 Loại II:
Peptidomimetic có khả năng “bắt chước” về chức năng [8] (thuật ngữ tương
ứng: functional mimetics).
 Loại III:
Peptidomimetic có khả năng “bắt chước” đồng thời chức năng và cấu trúc
[8]. Đối với những loại peptidomimetic loại này thường có bộ khung phân tử khác
với các peptide ban đầu. Tuy nhiên, các nhóm phân tử gây nên hoạt tính sinh học
vẫn được giữ nguyên vị trí không gian giống với peptide ban đầu.
Ví dụ: Hormone giải phóng Thyrotropin có cấu trúc (A). Peptidomimetic loại III
được tổng hợp dựa theo (cấu trúc A) với đặc điểm là thay thế khung peptide ban đầu
bằng cyclohexane. Đồng thời các nhóm phân tử thể hiện hoạt tính sinh học không
thay đổi vị trí của chúng trong không gian so với hormone ban đầu (cấu trúc B).

(A)

(B)
Hình 1.8: (A) Cấu trúc Hormone giải phóng Thyrotropin.
(B) Peptidomimetic loại III bắt chước Hormone giải phóng Thyrotropin
12


1.3.3. Nguyên tắc tổng hợp peptidomimetic
 Thay thế khung peptide bằng một khung không phải peptide [8, 34] (Hình
1.9B): nếu liên kết peptide trong peptide ban đầu được chứng minh không
gây ra các hoạt tính sinh học cho peptide đó thì khi thiết kế peptidomimetic

các liên kết peptide này sẽ được thay thế hoặc loại bỏ.
 Giữ nguyên các thành phần gây nên hoạt tính sinh học [8, 34] (Hình 1.9C):
Có nhiều cải tiến được đề xuất để tăng hoạt tính sinh học khi phát triển
peptidomimetic trong dược phẩm dựa vào cấu trúc ban đầu của peptide như
tăng chiều dài mạch, thay thế các cyclopeptide bằng các liên kết cộng hóa trị
và đồng vị trí so với peptide ban đầu.
 Giữ nguyên cấu trúc không gian có hoạt tính sinh học [8, 34]:
peptidomimetic có thể bắt chước nhiều cấu trúc khác nhau, do đó có thể đưa
thêm yếu tố cứng nhắc vào cấu trúc nhằm khắc phục sự quay hay làm hạn
chế số lượng cấu trúc lại, nhằm mục đích chỉ tạo ra cấu trúc có hoạt tính sinh
học như mong muốn.
 Nghiên cứu cấu trúc không gian và hoạt tính sinh học của peptide giúp các
nhà tổng hợp có thể tối ưu hóa con đường tổng hợp và thu được hợp chất có
hoạt tính sinh học như mong đợi mà không phải tốn nhiều công sức tổng hợp
quá nhiều hợp chất không đáp ứng được mục đích.

13


Hình 1.9: Các nguyên tắc tổng hợp peptidomimetic

1.3.4. Phương pháp thiết kế peptidomimetic

 Sửa đổi các amino acid
14


Các peptidomimetic có thể được đóng vòng các peptide hoă ăc cô ăng hợp các
amino acid không tự nhiên. Các amino acid không tự nhiên có thể được tạo thành từ
các amino acid tự nhiên thông qua các biến đổi như alkyl hóa amin [8], thay thế

mạch bên [8, 14, 16, 20, 21, 23] (Hình 1.11), mở rô ăng cấu trúc [8, 14, 16, 20, 21,
23] (Hình 1.10), đóng vòng [8] và thay thế khung peptide bằng các cấu trúc mới ở
cùng vị trí [8].
Ví dụ: Sự thay thế bằng các carboxylic acid thế α-aminocycloalkane với độ lớn các
vòng khác nhau trong enkephalin (H-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-OH), đây là một peptide
có tác dụng làm giảm cơn đau, đã tạo ra một peptidomimetic mới có hoạt tính sinh
học mạnh hơn encephalin [8].

Hình 1.10: Một số α-aminocycloalkane carboxylic acid
Ví dụ: Sự thay thế Proline bằng 5,5-dimethylthiazolidine-4-carboxylic acid (Dtc)
trong Angiotensin II, một peptide quan trọng trong việc điều chỉnh áp lực máu, tạo
ra một peptidomimetic có hoạt tính cao hơn 39% [30].

Hình 1.11: 5,5-dimethylthiazolidine-4-carboxylic acid (Dtc) trong Angiotensin II
 Thay đổi về cấu dạng
Sự tạo vòng của chuỗi peptide thường dẫn đến sự ổn định của các
peptidomimetic trong cơ thể cao hơn so với các peptide ban đầu [20]. Thiên nhiên
cũng đã lợi dụng ưu điểm này, rất nhiều các macrocyclic peptide có hoạt tính sinh
học đã được tìm thấy trong tự nhiên. Phương pháp đóng vòng chuỗi peptide với
mục đích làm giảm cấu dạng linh đô ăng của của cấu trúc. Viê ăc hạn chế cấu dạng của
các hợp chất macrocyclic có thể làm tăng liên kết chọn lọc với thụ thể [21, 23, 24].
Ví dụ: Somatostanin là một hormone macrocylic peptide được hình thành ở vùng

15