Peptidsyntese gjort effektiv ved hjælp af sonikering
Fastfasepeptidsyntese (SPPS) er den almindelige metode til peptidsyntese. Ultralydbehandling er et pålideligt værktøj til at intensivere peptidsyntese i fast fase, hvilket resulterer i højere udbytter, forbedret renhed, ingen racemisering og betydeligt accelereret reaktionshastighed. Hielscher Ultrasonics tilbyder forskellige ultralydsløsninger til peptidsyntese, spaltning og opløsning.
Ultralyd peptidsyntese
Ultralydbehandling anvendes allerede i vid udstrækning som intensiverende metode i organisk syntese og er kendt for sine fordele såsom drastisk reducerede reaktionstider, højere udbytter, mindre biprodukter, initiering af veje, som ikke kunne opnås på andre måder, og / eller bedre selektivitet. Store fordele kan også opnås, når sonikering er koblet til peptidsyntesereaktioner. Forskningsresultater har vist, at ultralydassisteret peptidsyntese opnår optimeret udbytte af peptider med høj renhed uden racemisering inden for en kort reaktionstid.
- Høje peptidudbytter
- Betydeligt hurtigere syntese
- Højere peptidrenhed
- Ingen racemisering
- Parallel syntese af forskellige peptider
- Lineær skalerbar til enhver diskenhed
Ultralyd cuphorn til ensartet sonikering af flere reaktorbeholdere for forbedret peptidsyntese.
Grafik, der demonstrerer Merrifield fastfasepeptidsyntese. Ultralydbehandling bruges til at fremme og forbedre syntesereaktionen såvel som til spaltning af de syntetiserede peptider fra harpiksen.
Grafik: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
Fastfasepeptidsyntese forbedret med ultralyd
Fastfasepeptidsyntese (SPPS) er en kemisk reaktion, der tillader samling af en peptidkæde gennem successive reaktioner af aminosyrederivater på en uopløselig porøs støtte. Den traditionelle fastfasepeptidsyntese er dog en relativt ineffektiv og langsom proces. Derfor er ultralydsintensivering af peptidsyntese et højt anset værktøj til en mere effektiv og hurtig syntese af peptider.
Silva et al. (2021) sammenlignede "klassisk" fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc)-fastfasepeptidsyntese (SPPS) med ultralyd (US)-assisteret SPPS baseret på fremstilling af tre peptider, nemlig fibroblastvækstfaktorreceptor 3(FGFR3)-specifikt peptid Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) og de nye peptider Pep2 (RQMATADEA-NH2) og Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
USA-assisteret SPPS førte til en 14 gange (Pep1) og 4 gange tidsreduktion (Pep2) i peptidsamling sammenlignet med den "klassiske" metode. Interessant nok gav ultralydsassisteret SPPS Pep1 i højere renhed (82%) end den "klassiske" SPPS (73%). Den betydelige tidsreduktion kombineret med høj renhed af råpeptider fik forskerholdet til at anvende US-assisteret SPPS på det store peptid Pep3, som viser et højt antal hydrofobe aminosyrer og homooligo-sekvenser. Bemærkelsesværdigt nok blev syntesen af dette 25-mer-peptid opnået inden for mindre end 6 timer (347 min) i moderat renhed (ca. 49%).
Hurtigere peptidsyntese via fastfasepeptidsyntese ved hjælp af ultralydomrøring.
(Undersøgelse og analyse: Wołczański et al., 2019)
Merlino et al. (2019) gennemførte også en omfattende undersøgelse af ultralydseffekterne på Fmoc-baseret fastfasepeptidsyntese, som muliggjorde syntese af forskellige biologisk aktive peptider (op til 44-mer) med en bemærkelsesværdig besparelse af materiale og reaktionstid. De viste, at ultralydbehandling ikke forværrede de vigtigste bivirkninger og forbedrede syntesen af peptider udstyret med “svære sekvenser”, hvilket placerer den ultralydsfremmede fastfasepeptidsyntese (US-SPPS) blandt de nuværende højeffektive peptidsyntetiske strategier.
Tilgængeligheden af højtydende systemer til ultralyd (sonisk) syntese af peptider giver mulighed for betydeligt forbedrede syntesehastigheder og en stigning i renheden af råvarer. (jf. Wołczański et al., 2019)
Undersøgelsen af racemisering. Sammenligning af signifikante 1H NMR-spektre af modelpeptider syntetiseret manuelt ved hjælp af den klassiske tilgang ved stuetemperatur vs ultralydsmetode ved forhøjet temperatur. Kemiske skift af His og Cys α-protoner og methylengruppe af Acm (venstre paneler), ɣ-methylprotoner af Val (højre paneler) viser, at sonikering ved 70 °C ikke forårsager racemisering.
(Undersøgelse og analyse: Wołczański et al., 2019)
Ultralydspaltning af peptider
Efter fastfasepeptidsyntese (SPPS) skal syntetiserede peptider spaltes fra polymerharpikserne. Dette trin er også kendt som deprotection. Når almindelig rystning og ultralydbehandling for peptidspaltning fra harpiks sammenlignes, kræver rystemetoden ca. 1 time, mens ultralydspaltning kan udføres på 15 til 20 minutter. Ultralydspeptidspaltningen kan påføres spaltningen af beskyttede aminosyrer og peptider bundet til polystyrenharpikser gennem benzylesterbindinger.
Ultralydspaltning af peptider fra polystyrenharpiks giver høje udbytter af peptider i høj renhed uden racemisering inden for en hurtig procedure.
(studie og grafik: ©Anuradha og Ravindranath, 1995)
Ultralydomrørt reaktor til forbedret og accelereret peptidsyntese. Billedet viser ultralydsapparat UP200St i en omrørt glasreaktor.
Hielscher Ultrasonics tilbyder forskellige ultralydsløsninger til direkte og indirekte sonikering. Kraftige og præcist kontrollerbare ultralydsprocessorer leverer nøjagtig den rigtige mængde ultralydsenergi til reaktionsbeholderen. Uanset om du bruger sprøjter, rør, multi-brøndplader eller glasreaktorer som syntesebeholder, tilbyder Hielscher Ultrasonics den bedst egnede ultralydsapparat til din peptidapplikation.
- Tilpassede peptider
- storstilet peptidproduktion
- Peptid biblioteker
Mange peptidsynteser udføres i sprøjter (f.eks. frittede sprøjtereaktorer). Hielschers ultralydssprøjteomrører sonikerer peptidopløsningen, der kobler ultralydsbølgerne gennem sprøjtevæggen ind i væsken. Ultralydssprøjteomrøreren er en af de mest populære ultralydsløsninger til ultralydsassisteret syntese af peptider.
Ultralydskophornet er et velegnet værktøj til at sonikere op til 5 reaktorbeholdere, mens VialTweeter kan rumme op til ti reaktionsrør plus yderligere fem større beholdere via clamp-on tilbehør.
For andre reaktortyper såsom Merrifield eller Kamysz fastfasereaktor og andre polypropylen- eller borosilikatbeholdere / reaktorer tilbyder Hielscher tilpassede klemme-on ultralydssystemer til indirekte sonikering.
Til fastfasepeptidsyntese i multibrønd / mikrotiterplader er UIP400MTP den ideelle enhed. Ultralydskavitation er indirekte koblet ensartet ind i de mange prøvebrønde for overlegen masseoverførsel og syntesereaktion. Se videoen nedenfor for at se UIP400MTP i aktion!
Selvfølgelig kan større strirred glasreaktorer, f.eks. til opløsningsfasesyntese, let udstyres med ultralydssonder (aka sonotroder eller ultralydshorn) af enhver størrelse.
- forskellige ultralydstyper
- Direkte og indirekte sonikering
- Præcis intensitetskontrol
- Præcis temperaturkontrol
- kontinuerlig eller pulserende ultralyd
- Smarte funktioner, programmerbare enheder
- tilgængelig for enhver diskenhed
- lineær skalerbarhed
Kontakt os! / Spørg os!
Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydshomogenisatorer til blandingsapplikationer, dispersion, emulgering og ekstraktion i laboratorie-, pilot- og industriel skala.
Litteratur / Referencer
- 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, der er værd at vide
Peptider
Peptider er forbindelser, hvor flere aminosyrer er forbundet via amidbindinger, såkaldte peptidbindinger. Når de er bundet i komplekse strukturer – Disse store peptidstrukturer består typisk af 50 eller flere aminosyrer - og kaldes proteiner. Peptider er en vigtig byggesten i livet og opfylder adskillige funktioner i kroppen.
peptidsyntese
I organisk kemi, molekylærbiologi og biovidenskab er peptidsyntese processen med at producere peptider. Peptider syntetiseres kemisk via kondensationsreaktion af carboxylgruppen af en aminosyre til aminogruppen af en anden aminosyre. Beskyttelsesgrupper (også beskyttende grupper) strategier bruges normalt for at undgå uønskede bivirkninger med de forskellige aminosyresidekæder.
Kemisk (in-vitro) peptidsyntese starter oftest med at koble carboxylgruppen af den indkommende aminosyre (C-terminal) til N-terminalen af den voksende peptidkæde. I modsætning til denne C-til-N-syntese sker naturlig proteinbiosyntese af lange peptider i levende organismer i den modsatte retning. Det betyder, at i biosyntese er N-terminalen af den indkommende aminosyre forbundet med C-terminalen af proteinkæden (N-til-C).
De fleste forsknings- og udviklingsprotokoller for peptidsyntese er baseret på fastfasemetoder, mens opløsningsfasesyntesemetoder kan findes i storskala industriel produktion af peptider.
Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydshomogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.