Sinteza peptida je postala učinkovita korištenjem ultrazvuka
Solid Phase Peptide Synthesis (SPPS) je uobičajena metoda za sintezu peptida. Ultrasonication je pouzdan alat za intenziviranje sinteze peptida u čvrstoj fazi što rezultira većim prinosima, poboljšanom čistoćom, bez racemizacije i značajno ubrzanom brzinom reakcije. Hielscher Ultrasonics nudi razna ultrazvučna rješenja za sintezu, cijepanje i otapanje peptida.
Ultrazvučna sinteza peptida
Ultrazvuk se već široko primjenjuje kao intenzivirajuća metoda u organskoj sintezi i dobro je poznat po svojim prednostima kao što su drastično skraćeno vrijeme reakcije, veći prinosi, manje nusproizvoda, iniciranje puteva koji se ne mogu postići na druge načine i/ili bolja selektivnost. Velike koristi se također mogu postići kada se ultrazvuk spoji s reakcijama sinteze peptida. Rezultati istraživanja su pokazali da se ultrazvučnom potpomognutom sintezom peptida postiže optimizirani prinos peptida visoke čistoće, bez racemizacije u kratkom vremenu reakcije.
- Visoki prinosi peptida
- Značajno brža sinteza
- Veća čistoća peptida
- Nema racemizacije
- Paralelna sinteza različitih peptida
- Linearno skalabilan na bilo koji volumen
Ultrazvučni kuphorn za jednoliku sonikaciju nekoliko reaktorskih posuda za poboljšanu sintezu peptida.
Grafik koji prikazuje Merrifieldovu sintezu peptida u čvrstoj fazi. Ultrazvuk se koristi za promicanje i poboljšanje reakcije sinteze, kao i za cijepanje sintetiziranih peptida iz smole.
Grafika: ©Conejos-Sanchez et al., 2014.)
Sinteza peptida u čvrstoj fazi poboljšana ultrazvukom
Solid Phase Peptide Synthesis (SPPS) je hemijska reakcija koja omogućava sklapanje peptidnog lanca kroz uzastopne reakcije derivata aminokiselina na nerastvorljivoj poroznoj podlozi. Međutim, tradicionalna sinteza peptida u čvrstoj fazi je relativno neefikasan i spor proces. Stoga je ultrazvučno intenziviranje sinteze peptida visoko cijenjeno sredstvo za efikasniju i bržu sintezu peptida.
Silva et al. (2021) uporedio je “klasičnu” fluorenilmetoksikarbonil (Fmoc) sintezu peptida u čvrstoj fazi (SPPS) sa SPPS potpomognutom ultrazvukom (US) na osnovu pripreme tri peptida, odnosno peptida specifičnog za receptor faktora rasta fibroblasta 3 (FGFR3) Pep1 ( VSPPLTLGQLLS-NH2) i novi peptidi Pep2 (RQMATADEA-NH2) i Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
SPPS uz pomoć US doveo je do 14 puta (Pep1) i 4 puta smanjenja vremena (Pep2) u sastavljanju peptida u poređenju sa "klasičnim" metodom. Zanimljivo je da je SPPS uz pomoć ultrazvuka dao Pep1 veće čistoće (82%) od “klasičnog” SPPS-a (73%). Značajno smanjenje vremena u kombinaciji sa postignutom visokom čistoćom sirovog peptida navelo je istraživački tim da primeni SPPS uz pomoć SAD na veliki peptid Pep3, koji pokazuje veliki broj hidrofobnih aminokiselina i homooligo sekvenci. Zanimljivo je da je sinteza ovog 25-mernog peptida postignuta za manje od 6 sati (347 min) umjerene čistoće (oko 49%).
Brža sinteza peptida putem sinteze peptida u čvrstoj fazi uz pomoć ultrazvučne agitacije.
(Studija i analiza: Wołczański et al., 2019.)
Merlino et al. (2019) također je proveo opsežnu studiju ultrazvučnih efekata na sintezu peptida u čvrstoj fazi na bazi Fmoc, što je omogućilo sintezu različitih biološki aktivnih peptida (do 44-mer), uz izuzetnu uštedu materijala i vremena reakcije. Pokazali su da ultrazvuk nije pogoršao glavne nuspojave i poboljšao sintezu peptida obdarenih “teške sekvence”, stavljajući ultrazvučno promoviranu sintezu peptida u čvrstoj fazi (US-SPPS) među trenutne visokoefikasne strategije sinteze peptida.
Dostupnost sistema visokih performansi za ultrazvučnu (zvučnu) sintezu peptida omogućava značajno poboljšane stope sinteze i povećanje čistoće sirovih proizvoda. (usp. Wołczański et al., 2019.)
Istraživanje racemizacije. Poređenje značajnih 1H NMR spektra modela peptida sintetiziranih ručno korištenjem klasičnog pristupa na sobnoj temperaturi u odnosu na ultrazvučnu metodu na povišenoj temperaturi. Hemijski pomaci His i Cys α-protona i metilenske grupe Acm (lijevi paneli), ɣ-metil protona Val (desni paneli) pokazuju da sonikacija na 70°C ne uzrokuje racemizaciju.
(Studija i analiza: Wołczański et al., 2019.)
Ultrazvučno cijepanje peptida
Nakon sinteze peptida u čvrstoj fazi (SPPS), sintetizirani peptidi se moraju odcijepiti od polimernih smola. Ovaj korak je također poznat kao uklanjanje zaštite. Kada se uporede uobičajeno mućkanje i ultrazvučno cijepanje peptida od smole, metoda protresanja zahtijeva pribl. 1 sat, dok se ultrazvučno cijepanje može postići za 15 do 20 min. Ultrazvučno cijepanje peptida može se primijeniti na cijepanje zaštićenih aminokiselina i peptida povezanih sa polistirenskim smolama preko benzil esterskih veza.
Ultrazvučno cijepanje peptida iz polistirenske smole daje visoke prinose peptida visoke čistoće, bez racemizacije, u brzoj proceduri.
(studija i grafika: ©Anuradha i Ravindranath, 1995.)
Ultrazvučno agitirani reaktor za poboljšanu i ubrzanu sintezu peptida. Na slici je prikazano Ultrasonikator UP200St u staklenom reaktoru sa mešanjem.
Hielscher Ultrasonics nudi razna ultrazvučna rješenja za izravnu i indirektnu sonikaciju. Snažni i precizno kontrolirani ultrazvučni procesori isporučuju točno pravu količinu ultrazvučne energije u reakcionu posudu. Bilo da koristite špriceve, epruvete, ploče s više jažica ili staklene reaktore kao posude za sintezu, Hielscher Ultrasonics nudi najprikladniji ultrasonikator za vašu primjenu peptida.
- prilagođeni peptidi
- proizvodnja peptida velikih razmjera
- peptidne biblioteke
Mnoge sinteze peptida se izvode u špricevima (npr. reaktori sa štrcaljkom). Hielscherova ultrazvučna miješalica za štrcaljku sonicira otopinu peptida spajajući ultrazvučne valove kroz zid šprica u tekućinu. Ultrazvučna mješalica za štrcaljku jedno je od najpopularnijih ultrazvučnih rješenja za ultrazvučno potpomognutu sintezu peptida.
Ultrazvučni cuphorn je prikladan alat za ultrazvučnu obradu do 5 reaktorskih posuda, dok VialTweeter može držati do deset reakcijskih cijevi plus dodatno pet većih posuda putem pribora za pričvršćivanje.
Za druge tipove reaktora kao što su Merrifield ili Kamysz čvrstofazni reaktor i druge posude/reaktori od polipropilena ili borosilikata, Hielscher nudi prilagođene ultrazvučne sisteme za indirektnu sonikaciju.
Za sintezu peptida u čvrstoj fazi u pločama s više jažica / mikrotitarskim pločama, UIP400MTP je idealan uređaj. Ultrazvučna kavitacija je indirektno ujednačena u brojnim bunarima za uzorke za superiorni prijenos mase i reakciju sinteze. Pogledajte video ispod da vidite UIP400MTP u akciji!
Naravno, veći stakleni reaktori sa miješanjem, npr. za sintezu u fazi otopine, mogu se lako opremiti ultrazvučnim sondama (aka sonotrode ili ultrazvučni rogovi) bilo koje veličine.
- razne vrste ultrazvučnih aparata
- direktna i indirektna sonikacija
- precizna kontrola intenziteta
- precizna kontrola temperature
- kontinuirani ili pulsni ultrazvuk
- pametne funkcije, programabilni uređaji
- Dostupan za bilo koji volumen
- linearnu skalabilnost
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za primjene miješanja, disperzije, emulgiranja i ekstrakcije u laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Literatura / Reference
- Merlino, F., Tomassi, S., Yousif, A. M., Messere, A., Marinelli, L., Grieco, P., Novellino, E., Cosconati, S., Di Maro, S. (2019): Boosting Fmoc Solid-Phase Peptide Synthesis by Ultrasonication. Organic Letters, 21(16), 2019. 6378–6382.
- Andrew M. Bray; Liana M. Lagniton; Robert M. Valerio; N.Joe Maeji (1994): Sonication-assisted cleavage of hydrophobic peptides. Application in multipin peptide synthesis. Tetrahedron Letters 35(48), 1994. 9079–9082.
- Silva, R., Franco Machado, J., Gonçalves, K., Lucas, F. M., Batista, S., Melo, R., Morais, T. S., & Correia, J. (2021): Ultrasonication Improves Solid Phase Synthesis of Peptides Specific for Fibroblast Growth Factor Receptor and for the Protein-Protein Interface RANK-TRAF6. Molecules (Basel, Switzerland), 26(23), 7349.
- Conejos-Sanchez, Inmaculada; Duro Castaño, Aroa; Vicent, María (2014): Peptide-Based Polymer Therapeutics. Polymers. 6. 515-551.
- Raheem, Shvan J; Schmidt, Benjamin W; Solomon, Viswas Raja; Salih, Akam K; Price, Eric W (2020): Ultrasonic-Assisted Solid-Phase Peptide Synthesis of DOTA-TATE and DOTA-linker-TATE Derivatives as a Simple and Low-Cost Method for the Facile Synthesis of Chelator-Peptide Conjugates. ACS Bioconjugate Chemistry, 2020.
- M.V. Anuradha, B. Ravindranath (1995): Ultrasound in peptide synthesis. 4: Rapid cleavage of polymer-bound protected peptides by alkali and alkanolamines. Tetrahedron Volume 51, Issue 19, 1995. 5675-5680.
- Wołczański, G., Płóciennik, H., Lisowski, M., Stefanowicz, P. (2019): The faster peptide synthesis on the solid phase using ultrasonic agitation. Tetrahedron Letters, 2019.
Činjenice koje vrijedi znati
peptidi
Peptidi su spojevi u kojima je više aminokiselina povezano amidnim vezama, takozvanim peptidnim vezama. Kada se vežu u složene strukture – obično se sastoje od 50 ili više aminokiselina - ove velike peptidne strukture nazivaju se proteini. Peptidi su esencijalni gradivni element života i ispunjavaju brojne funkcije u tijelu.
sinteza peptida
U organskoj hemiji, molekularnoj biologiji i nauci o životu, sinteza peptida je proces proizvodnje peptida. Peptidi se hemijski sintetiziraju reakcijom kondenzacije karboksilne grupe jedne aminokiseline u amino grupu druge aminokiseline. Strategije zaštitnih grupa (također zaštitnih grupa) se obično koriste kako bi se izbjegle neželjene nuspojave s različitim bočnim lancima aminokiselina.
Hemijska (in-vitro) sinteza peptida najčešće počinje spajanjem karboksilne grupe dolazeće aminokiseline (C-terminus) na N-terminus rastućeg peptidnog lanca. Za razliku od ove C-to-N sinteze, prirodna proteinska biosinteza dugih peptida u živim organizmima odvija se u suprotnom smjeru. To znači da je u biosintezi, N-kraj dolazne aminokiseline vezan za C-kraj proteinskog lanca (N-do-C).
Većina istraživačkih i razvojnih protokola za sintezu peptida zasnovana je na metodama čvrste faze, dok se metode sinteze u fazi rastvora mogu naći u velikoj industrijskoj proizvodnji peptida.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi lab to industrijska veličina.