Syntéza peptidů je účinná pomocí sonikace
Solid Phase Peptide Synthesis (SPPS) je běžná metoda syntézy peptidů. Ultrazvuku je spolehlivým nástrojem pro zesílení syntézy peptidů v pevné fázi, což vede k vyšším výnosům, lepší čistotě, bez racemizace a výrazně zrychlené reakční rychlosti. Hielscher Ultrasonics nabízí různá ultrazvuková řešení pro syntézu peptidů, štěpení a rozpouštění.
Ultrazvuková syntéza peptidů
Ultrazvuku je již široce používán jako zesilující metoda v organické syntéze a je dobře známá svými výhodami, jako jsou drasticky snížené reakční časy, vyšší výnosy, méně vedlejších produktů, iniciace cest, které nemohly být dosaženy jinými způsoby a / nebo lepší selektivita. Velké výhody lze také získat, když je sonikace spojena s reakcemi syntézy peptidů. Výsledky výzkumu prokázaly, že ultrazvukem asistovaná syntéza peptidů dosahuje optimalizovaného výtěžku peptidů s vysokou čistotou, bez racemizace v krátké reakční době.
- Vysoké výtěžky peptidů
- Výrazně rychlejší syntéza
- Vyšší čistota peptidů
- Žádná racemizace
- Paralelní syntéza různých peptidů
- Lineární škálovatelnost na libovolný svazek
Ultrazvukový cuphorn pro jednotnou sonikaci několika reaktorových nádob pro zlepšení syntézy peptidů.
Grafika znázorňující syntézu peptidů v pevné fázi Merrifield. Ultrazvuku se používá k podpoře a zvýšení syntézní reakce, stejně jako pro štěpení syntetizovaných peptidů z pryskyřice.
Grafika: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
Syntéza peptidů v pevné fázi vylepšená ultrazvukem
Solid Phase Peptide Synthesis (SPPS) je chemická reakce, která umožňuje sestavení peptidového řetězce prostřednictvím po sobě jdoucích reakcí derivátů aminokyselin na nerozpustné porézní podpoře. Tradiční syntéza peptidů v pevné fázi je však relativně neefektivní a pomalý proces. Proto je ultrazvuková intenzifikace syntézy peptidů vysoce uznávaným nástrojem pro účinnější a rychlejší syntézu peptidů.
Silva et al. (2021) porovnávali "klasickou" fluorenylmethoxykarbonylovou (Fmoc)-pevnou fázi syntézy peptidů (SPPS) s ultrazvukem (US) asistovanou SPPS založenou na přípravě tří peptidů, jmenovitě fibroblastového růstového faktoru receptoru 3 (FGFR3) specifického peptidu Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) a nových peptidů Pep2 (RQMATADEA-NH2) a Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
USA asistovaný SPPS vedl ke 14násobnému (Pep1) a 4násobnému snížení času (Pep2) v peptidové sestavě ve srovnání s "klasickou" metodou. Zajímavé je, že ultrazvukem asistovaný SPPS poskytl Pep1 ve vyšší čistotě (82%) než "klasický" SPPS (73%). Významné snížení času v kombinaci s vysokou čistotou surového peptidu přimělo výzkumný tým k aplikaci SPPS s pomocí USA na velký peptid Pep3, který vykazuje vysoký počet hydrofobních aminokyselin a homooligo-sekvencí. Je pozoruhodné, že syntéza tohoto 25-merového peptidu byla dosažena během méně než 6 hodin (347 min) v mírné čistotě (cca 49%).
Rychlejší syntéza peptidů prostřednictvím syntézy peptidů v pevné fázi pomocí ultrazvukového míchání.
(Studie a analýza: Wołczański et al., 2019)
Merlino et al. (2019) také provedli komplexní studii ultrazvukových účinků na syntézu peptidů na bázi Fmoc na bázi pevné fáze, která umožnila syntézu různých biologicky aktivních peptidů (až 44-mer) s pozoruhodnou úsporou materiálu a reakční doby. Prokázali, že ultrazvuku nezhoršil hlavní vedlejší reakce a zlepšil syntézu peptidů obdařených “obtížné sekvence”, umístění ultrazvukem podporované syntézy peptidů v pevné fázi (US-SPPS) mezi současné vysoce účinné peptidové syntetické strategie.
Dostupnost vysoce výkonných systémů pro ultrazvukovou (zvukovou) syntézu peptidů umožňuje výrazně zlepšit rychlost syntézy a zvýšit čistotu surovin. (srov. Wołczański et al., 2019)
Vyšetřování racemizace. Porovnání významných 1H NMR spekter modelů peptidů syntetizovaných ručně pomocí klasického přístupu při pokojové teplotě vs ultrazvukové metody při zvýšené teplotě. Chemické posuny His a Cys α-protony a methylenovou skupinu Acm (levé panely), ɣ-methylové protony Val (pravé panely) ukazují, že sonikace při 70 ° C nezpůsobuje racemizaci.
(Studie a analýza: Wołczański et al., 2019)
Ultrazvukové štěpení peptidů
Po syntéze peptidů v pevné fázi (SPPS) musí být syntetizované peptidy štěpeny z polymerních pryskyřic. Tento krok je také známý jako deprotekce. Při porovnávání běžných třepání a ultrazvuku pro štěpení peptidů z pryskyřice vyžaduje metoda třepání přibližně 1 hodinu, zatímco ultrazvukové štěpení lze provést za 15 až 20 minut. Ultrazvukový peptidový štěpení může být aplikován na štěpení chráněných aminokyselin a peptidů spojených s polystyrenovými pryskyřicemi prostřednictvím benzylových esterových vazeb.
Ultrazvukové štěpení peptidů z polystyrenové pryskyřice poskytuje vysoké výtěžky peptidů ve vysoké čistotě, bez racemizace, v rámci rychlého postupu.
(studie a grafika: ©Anuradha a Ravindranath, 1995)
Ultrazvukem míchaný reaktor pro lepší a zrychlenou syntézu peptidů. Obrázek ukazuje ultrasonicator UP200St v reaktoru s míchaným sklem.
Hielscher Ultrasonics nabízí různé ultrazvukové řešení pro přímou a nepřímou sonikaci. Výkonné a přesně kontrolovatelné ultrazvukové procesory dodávají do reakční nádoby přesně správné množství ultrazvukové energie. Ať už používáte injekční stříkačky, trubky, multi-well desky, nebo skleněné reaktory jako syntézní nádoba, Hielscher Ultrasonics nabízí nejvhodnější ultrasonicator pro vaši peptidovou aplikaci.
- peptidy na míru
- výroba peptidů ve velkém měřítku
- peptidové knihovny
Mnoho peptidových syntéz se provádí v injekčních stříkačkách (např. fritované stříkačkové reaktory). Hielscherův ultrazvukový míchač stříkaček sonikuje peptidový roztok spojující ultrazvukové vlny přes stěnu stříkačky do kapaliny. Ultrazvukový míchač stříkaček je jedním z nejpopulárnějších ultrazvukových řešení pro ultrazvukem asistovanou syntézu peptidů.
Ultrazvukový cuphorn je vhodným nástrojem pro sonikaci až 5 reaktorových nádob, zatímco VialTweeter může pojmout až deset reakčních trubic plus navíc pět větších nádob pomocí upínacího příslušenství.
Pro jiné typy reaktorů, jako je merrifield nebo Kamysz reaktor pevné fáze a další polypropylenové nebo borosilikátové nádoby / reaktory, Hielscher nabízí přizpůsobené upínací ultrazvukové systémy pro nepřímou sonikaci.
Pro syntézu peptidů v pevné fázi ve vícejamkových / mikrotitračních destičkách je UIP400MTP ideálním zařízením. Ultrazvuková kavitace je nepřímo rovnoměrně spojena s četnými vzorkovými jamkami pro vynikající přenos hmoty a syntézní reakci. Podívejte se na video níže a podívejte se na UIP400MTP v akci!
Samozřejmě, větší strirred skleněné reaktory, např. pro syntézu ve fázi roztoku, mohou být snadno vybaveny ultrazvukovými sondami (aka sonotrody nebo ultrazvukové rohy) jakékoli velikosti.
- různé typy ultrasonicator
- přímá a nepřímá sonikace
- přesné řízení intenzity
- přesná regulace teploty
- kontinuální nebo pulzní ultrazvuk
- chytré funkce, programovatelná zařízení
- K dispozici pro libovolný svazek
- lineární škálovatelnost
Kontaktujte nás! / Zeptej se nás!
Hielscher Ultrazvuk vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro míchání aplikací, disperze, emulgaci a extrakce v laboratoři, pilotním a průmyslovém měřítku.
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.
Fakta Worth Knowing
Peptidy
Peptidy jsou sloučeniny, kde je více aminokyselin spojeno amidovými vazbami, tzv. peptidovými vazbami. Při vazbě ve složitých strukturách – typicky sestávající z 50 nebo více aminokyselin -, tyto velké peptidové struktury se nazývají proteiny. Peptidy jsou základním stavebním kamenem života a plní mnoho funkcí v těle.
Syntéza peptidů
V organické chemii, molekulární biologii a biologických vědách je syntéza peptidů proces výroby peptidů. Peptidy jsou chemicky syntetizovány kondenzační reakcí karboxylové skupiny jedné aminokyseliny na aminoskupinu jiné aminokyseliny. Strategie ochranných skupin (také ochranných skupin) se obvykle používají, aby se zabránilo nežádoucím vedlejším reakcím s různými postranními řetězci aminokyselin.
Chemická (in-vitro) syntéza peptidů nejčastěji začíná spojením karboxylové skupiny příchozí aminokyseliny (C-terminus) s N-koncem rostoucího peptidového řetězce. Na rozdíl od této syntézy C-to-N se přirozená proteinová biosyntéza dlouhých peptidů v živých organismech vyskytuje v opačném směru. To znamená, že v biosyntéze je N-konec příchozí aminokyseliny spojen s C-koncem proteinového řetězce (N-to-C).
Většina výzkumných a vývojových protokolů pro syntézu peptidů je založena na metodách pevné fáze, zatímco metody syntézy ve fázi řešení lze nalézt ve velkoplošné průmyslové výrobě peptidů.
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od Laboratoř na průmyslové velikosti.