Click Chemistry on Peptide and Protein Modification
随着蛋白质组学和生物医药等领域发展，多肽和蛋白质的修饰引起了人们的广泛关注，成为当前一个非常重要的研究方向。通过对多肽和蛋白的修饰，可以研究蛋白质分子结构与功能之间的关系以及蛋白质-蛋白质相互作用，利用标记分子进行追踪定位，另外还可以对一些活性多肽和蛋白质进行改性。
「点击化学」（Click Chemistry）的核心是开辟一整套以含杂原子链接单元 C—X—C 为基础的组合化学新方法，用少量简单可靠和高选择性的化学转变来获得更广泛的分子多样性，其模块化、高效和多样性以及高选择性等特点，使之特别适合偶联生物分子与人工配体，因为这类偶联反应一般需要在非常温和的条件（如生理学条件）下进行，如此一来便可保留多肽、蛋白质以及碳水化合物等生物分子的结构完整性以及基于这些结构的功能。而且点击反应后生成的氮杂唑基团具有芳香环的稳定性，不易分解，可耐受强酸、强碱，并能在多种氧化还原条件下保持稳定。
因此点击化学广泛应用于多肽环化，DNA-多肽偶联，荧光染料标记，分子表面固定等热点领域。一个非常能阐述点击化学上述优势的例子是，Finn 和同事们 [1] 利用叠氮与炔基间的点击反应对烟草花叶病毒的六十个位点进行罗丹明 B 标记，其标记效率达到 100%。
Figure 1. Scheme for peptides or proteins labeling via click chemistry
点击化学在多肽合成中最早期的应用来自 Meldal 及其同事们的工作，他们将这类反应成功引入到多肽固相合成中 [2]，而类似地，Ghadiri 等则利用点击反应来高效合成环状多肽 [3]。
将多肽或蛋白与高分子进行偶联的工作也不做少数，以期得到功能化的高分子材料或性能改善的生物分子。Lutz 课题组 [4] 将通过 ATRP 制备的结构确定的聚合物与 RGD(细胞黏附序列) 或 TAT(蛋白转导结构域) 的短肽通过点击环加成反应进行偶联，实现了高分子材料的功能化。Schultz 等 [5] 在人超氧化物歧化酶 (SOD) 的氨基酸序列中的特殊位置上引入叠氮基团，随后与炔基功能化的 PEG 聚合物骨架通过点击化学结合，旨在提高其稳定性和溶解性，而所得到的 PEG 化的酶的活性与初始酶的活性相似，并未受到太大的影响。
糖蛋白在生物制药领域有着非常重要的地位，但糖肽键对酶水解非常敏感，限制了其新陈代谢的稳定性，点击化学能克服合成和新陈代谢的不稳定性。Danishefsky 及合作者 [6] 利用点击化学将三个肿瘤相关的糖类抗原接枝到同一个多肽序列中。环十肽短杆菌酪肽 (tyrocidine) 是一种抗菌多肽，其抗菌机理是改变细胞质膜的通透性以破坏膜的双层结构，使胞内物质外漏而致细胞死亡，对人和动物细胞膜起同样作用，而通过在其上修饰上糖类分子显著提高了其安全性能 [7]。
Figure 2. Tyrocidine and a triazole-containing glycosylated analogue.
值得一提的是，在蛋白质化学中蛋白质活性表达谱（Activity-Based Protein Profiling, ABPP）作为研究重要药物靶点蛋白质的结构与功能的主要方法之一，是利用活性位点导向探针 (Active Site-Directed Probes) 对蛋白质的结构与功能进行研究的新型技术，以一种相对简单明了的方法在分子、细胞水平研究活性小分子与生物大分子之间的复杂相互作用，从而从分子水平揭示生物体在生理或病理状态下的关键调控机制。Cravatt 和合作者 [8] 通过点击化学将活性位点导向探针连接到蛋白质中，实现实时在位观察细胞环境中蛋白质活性的变化 [9]。
Figure 3. ABPP probes label active, but not inactive (e.g., inhibitor-bound, zymogen) enzymes in complex proteomes. Labeled enzymes are detected by in-gel fluorescence scanning and identified by affinity purification and MS analysis.[10]
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参考文献：
1. Q. Wang, T. R. Chan, R. Hilgraf, V. V. Fokin, K. B. Sharpless, M. G. Finn. Bioconjugation by Copper(I)-Catalyzed Azide-Alkyne [3 + 2] Cycloaddition. J. Am. Chem. Soc., 2003, 125 (11): 3192-3193.
2. C. W. Tornøe, C. Christensen, M. Meldal. Peptidotriazoles on Solid Phase: [1,2,3]-Triazoles by Regiospecific Copper(I)-Catalyzed 1,3-Dipolar Cycloadditions of Terminal Alkynes to Azides. J. Org. Chem., 2002, 67 (9): 3057-3064.
3. [a] W. S. Horne, M. K. Yadaf, C.D. Stout, M. R. Ghadiri. Heterocyclic Peptide Backbone Modifications in an Alpha-Helical Coiled Coil. J. Am. Chem. Soc., 2004, 126 (47): 15366-15367. [b] G. Zhang, L. Fang, L. Zhu, D. Sun, P. G. Wang. Syntheses and Biological Activity of Bisdaunorubicins. Bioorg. Med. Chem., 2006, 14 (2): 426-434. [c] D. Wang, J. A. Sutcliffe, A. K. Oyelere, T. S. Mcconnell, J. A. Ippolito, J. N. Abelson. Methods of Preparation of Bifunctional Heterocyclic Compounds for Use as Antiinfective, Antiproliferative, Antiinflammatory and Prokinetic Agents. 2004, WO 2004029066. [d] R. Srinivasan, M. Uttamchandani, S. Q. Yao. Rapid Assembly and in Situ Screening of Bidentate Inhibitors of Protein Tyrosine Phosphatases. Org. Lett., 2006; 8 (4): 713-716.
4. J. F. Lutz, H. G. Börner, K. Weichenhan. Combining ATRP and 「Click」 Chemistry: a Promising Platform toward Functional Biocompatible Polymers and Polymer Bioconjugates. Macromolecules, 2006, 39 (19): 6376-6383.
5. A. Deiters, T. A. Cropp, D. Summerer, P. G. Schultz, et al. Site-Specific PEGylation of Proteins Containing Unnatural Amino Acids. Bioorg. Med. Chem. Lett., 2004, 14 (23): 5743-5745.
6. Q. Wan, J. Chen, S. J. Danishefsky. A Potentially Valuable Advance in the Synthesis of Carbohydrate- Based Anticancer Vaccines through Extended Cycloaddition Chemistry. J. Org. Chem., 2006, 71: 8244–8249.
7. H. Lin, C. T. Walsh. A Chemoenzymatic Approach to Glycopeptide Antibiotics. J. Am. Chem. Soc., 2004, 126 (43): 13998-14003.
8. A. E. Speers, G. C. Adam, B. F. Cravatt. Activity-Based Protein Profiling in Vivo Using a Copper(I)- Catalyzed Azide-Alkyne [3 + 2] Cycloaddition. J. Am. Chem. Soc., 2003, 125 (16): 4686-4687.
9. [a] B. F. Cravatt, E. J. Sorensen. Chemical Strategies for the Global Analysis of Protein Function. Curr. Opin. Chem. Biol., 2000, 4 (6): 663-668. [b] G. C. Adam, E. J. Sorensen, B. F. Cravatt. Chemical Strategies for Functional Proteomics. Mol. Cell. Proteomics, 2002, 1 (10): 781-790. [c] A. E. Speers, B. F. Cravatt. Profiling Enzyme Activities in Vivo Using Click Chemistry Methods. Chem. Biol., 2004, 11 (4): 535-546.
10. From: http://www.scripps.edu/chemphys/cravatt/research.html