La síntesis de péptidos se hace eficiente mediante la sonicación

La síntesis de péptidos en fase sólida (SPPS) es el método habitual para la síntesis de péptidos. La ultrasonicación es una herramienta fiable para intensificar la síntesis de péptidos en fase sólida, lo que da lugar a mayores rendimientos, mayor pureza, ausencia de racemización y una velocidad de reacción significativamente acelerada. Hielscher Ultrasonics ofrece varias soluciones ultrasónicas para la síntesis de péptidos, la escisión y la disolución.

Síntesis de péptidos por ultrasonidos

La ultrasonicación ya se aplica ampliamente como método de intensificación en la síntesis orgánica y es bien conocida por sus ventajas, como la reducción drástica de los tiempos de reacción, el aumento de los rendimientos, la disminución de los subproductos, la iniciación de vías que no podrían lograrse de otras maneras, y/o una mejor selectividad. También se pueden obtener grandes beneficios cuando la sonicación se acopla a las reacciones de síntesis de péptidos. Los resultados de la investigación han demostrado que la síntesis de péptidos asistida por ultrasonidos logra un rendimiento optimizado de péptidos con alta pureza, sin racemización en un tiempo de reacción corto.

Ventajas de la síntesis de péptidos por ultrasonidos

  • Alto rendimiento de los péptidos
  • Síntesis significativamente más rápida
  • Mayor pureza del péptido
  • No hay racemización
  • Síntesis paralela de varios péptidos
  • Escalable linealmente a cualquier volumen

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Cúpula ultrasónica para la sonicación uniforme de varios recipientes del reactor, por ejemplo, para mejorar la síntesis de péptidos.

Cúpula ultrasónica para la sonicación uniforme de varios recipientes del reactor para mejorar la síntesis de péptidos.

Representación esquemática de la síntesis de péptidos en fase sólida de Merrifield, que puede intensificarse mediante sonicación.

Gráfico que muestra la síntesis de péptidos en fase sólida de Merrifield. La ultrasonicación se utiliza para promover y mejorar la reacción de síntesis, así como para la separación de los péptidos sintetizados de la resina.
Gráfico: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)

Mejora de la síntesis de péptidos en fase sólida con ultrasonidos

La síntesis de péptidos en fase sólida (SPPS) es una reacción química que permite el ensamblaje de una cadena peptídica mediante reacciones sucesivas de derivados de aminoácidos sobre un soporte poroso insoluble. Sin embargo, la síntesis de péptidos en fase sólida tradicional es un proceso relativamente ineficiente y lento. Por ello, la intensificación ultrasónica de la síntesis de péptidos es una herramienta muy apreciada para lograr una síntesis de péptidos más eficaz y rápida.
Silva et al. (2021) compararon la síntesis de péptidos en fase sólida (SPPS) "clásica" con fluorenilmetoxicarbonilo (Fmoc) con la SPPS asistida por ultrasonidos (US), basándose en la preparación de tres péptidos, a saber, el péptido específico del receptor del factor de crecimiento de fibroblastos 3 (FGFR3) Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) y los nuevos péptidos Pep2 (RQMATADEA-NH2) y Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
La SPPS asistida por ultrasonidos dio lugar a una reducción del tiempo de ensamblaje de péptidos de 14 veces (Pep1) y 4 veces (Pep2) en comparación con el método "clásico". Curiosamente, la SPPS asistida por ultrasonidos produjo Pep1 con mayor pureza (82%) que la SPPS "clásica" (73%). La importante reducción de tiempo, combinada con la elevada pureza del péptido crudo, llevó al equipo de investigación a aplicar la SPPS asistida por ultrasonidos al gran péptido Pep3, que presenta un elevado número de aminoácidos hidrofóbicos y secuencias homoligas. Sorprendentemente, la síntesis de este péptido de 25 polímeros se logró en menos de 6 horas (347 minutos) con una pureza moderada (aprox. 49%).

La síntesis de péptidos en fase sólida por ultrasonidos (US-SPPS) es una técnica eficaz para la síntesis de péptidos que evita la racemización.

Síntesis de péptidos más rápida mediante síntesis de péptidos en fase sólida utilizando agitación ultrasónica.
(Estudio y análisis: Wołczański et al., 2019)

Merlino et al. (2019) también realizaron un estudio exhaustivo de los efectos de los ultrasonidos en la síntesis de péptidos en fase sólida basada en Fmoc, que permitió la síntesis de diferentes péptidos biológicamente activos (hasta 44-mer), con un notable ahorro de material y tiempo de reacción. Demostraron que la ultrasonicación no exacerbaba las principales reacciones secundarias y mejoraba la síntesis de péptidos dotados de “secuencias difíciles”La síntesis de péptidos en fase sólida promovida por ultrasonidos (US-SPPS) es una de las estrategias actuales de síntesis de péptidos más eficaces.

La disponibilidad de sistemas de alto rendimiento para la síntesis ultrasónica (sónica) de péptidos permite mejorar significativamente las tasas de síntesis y aumentar la pureza de los productos crudos. (cf. Wołczański et al., 2019)

La síntesis de péptidos por ultrasonidos proporciona altos rendimientos de péptidos con gran pureza, al tiempo que se evita la racemización.

La investigación de la racemización. Comparación de los espectros de RMN 1H significativos de péptidos modelo sintetizados manualmente mediante el método clásico a temperatura ambiente frente al método ultrasónico a temperatura elevada. Los desplazamientos químicos de los protones α de His y Cys y del grupo metileno de Acm (paneles de la izquierda), y de los protones ɣ-metilo de Val (paneles de la derecha) muestran que la sonicación a 70°C no provoca la racemización.
(Estudio y análisis: Wołczański et al., 2019)

Corte por ultrasonidos de los péptidos

Tras la síntesis de péptidos en fase sólida (SPPS), los péptidos sintetizados deben separarse de las resinas poliméricas. Este paso también se conoce como desprotección. Cuando se comparan la agitación común y la ultrasonicación para la separación de péptidos de la resina, el método de agitación requiere aproximadamente 1 hora, mientras que la separación por ultrasonidos puede realizarse en 15 a 20 minutos. La escisión de péptidos por ultrasonidos puede aplicarse a la escisión de aminoácidos protegidos y péptidos unidos a resinas de poliestireno mediante enlaces de ésteres bencílicos.

El corte por ultrasonidos es una técnica rápida y fiable para separar los péptidos sintetizados de la resina de poliestireno.

La separación por ultrasonidos de los péptidos de la resina de poliestireno proporciona altos rendimientos de péptidos de gran pureza, sin racemización, dentro de un procedimiento rápido.
(estudio y gráfico: ©Anuradha y Ravindranath, 1995)

Reactor agitado por ultrasonidos para mejorar la síntesis de péptidos.

Reactor agitado por ultrasonidos para mejorar y acelerar la síntesis de péptidos. La imagen muestra el ultrasonidos UP200St en un reactor de vidrio agitado.

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Ultrasonidos de alto rendimiento para la síntesis de péptidos
Hielscher Ultrasonics ofrece diversas soluciones de ultrasonidos para la sonicación directa e indirecta. Los procesadores de ultrasonidos, potentes y controlables con precisión, suministran exactamente la cantidad adecuada de energía de ultrasonidos al recipiente de reacción. Tanto si utiliza jeringas, tubos, placas multipocillos o reactores de vidrio como recipiente de síntesis, Hielscher Ultrasonics le ofrece el ultrasonido más adecuado para su aplicación de péptidos.

Los sistemas ultrasónicos de Hielscher son ideales para la síntesis de

  • péptidos personalizados
  • producción de péptidos a gran escala
  • bibliotecas de péptidos

Muchas síntesis de péptidos se realizan en jeringas (por ejemplo, reactores de jeringa frita). El agitador ultrasónico de jeringa de Hielscher sonifica la solución peptídica acoplando las ondas ultrasónicas a través de la pared de la jeringa en el líquido. El agitador ultrasónico de jeringa es una de las soluciones ultrasónicas más populares para la síntesis de péptidos asistida por ultrasonidos.
El cuphorn ultrasónico es una herramienta adecuada para sonicar hasta 5 recipientes de reacción, mientras que el VialTweeter puede albergar hasta diez tubos de reacción y, además, cinco recipientes más grandes mediante un accesorio de sujeción.
Para otros tipos de reactores, como el reactor de fase sólida Merrifield o Kamysz y otros recipientes/reactores de polipropileno o borosilicato, Hielscher ofrece sistemas de ultrasonidos de sujeción personalizados para la sonicación indirecta.
Para la síntesis de péptidos en fase sólida en placas multipocillo/microtitulación, el UIP400MTP es el dispositivo ideal. La cavitación ultrasónica se acopla indirectamente de manera uniforme en los numerosos pocillos de muestra para una transferencia de masa y una reacción de síntesis superiores. Vea el siguiente vídeo para ver el UIP400MTP ¡en acción!
Por supuesto, los reactores de vidrio estriado más grandes, por ejemplo, para la síntesis en fase de solución, pueden equiparse fácilmente con sondas ultrasónicas (también llamadas sonotrodos o cuernos ultrasónicos) de cualquier tamaño.

Ventajas de los ultrasonidos de Hielscher para la síntesis de péptidos

  • varios tipos de ultrasonidos
  • sonicación directa e indirecta
  • control preciso de la intensidad
  • control preciso de la temperatura
  • ultrasonido continuo o pulsado
  • funciones inteligentes, dispositivos programables
  • Disponible para cualquier volumen
  • escalabilidad lineal
El homogeneizador ultrasónico UIP400MTP puede sonicar placas de pocillos múltiples y microplacas para la lisis celular, la fragmentación del ADN, la dispersión o la homogeneización.

UIP400MTP para la sonicación multiplaca

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Los homogeneizadores de alto cizallamiento por ultrasonidos se utilizan en el laboratorio, en la mesa de trabajo, en los procesos piloto y en la industria.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para aplicaciones de mezcla, dispersión, emulsificación y extracción a escala de laboratorio, piloto e industrial.



Literatura / Referencias

Información interesante

Péptidos

Los péptidos son compuestos en los que varios aminoácidos están unidos mediante enlaces amídicos, los llamados enlaces peptídicos. Cuando se unen en estructuras complejas – Estas grandes estructuras peptídicas, que suelen estar formadas por 50 o más aminoácidos, se denominan proteínas. Los péptidos son un componente esencial de la vida y cumplen numerosas funciones en el organismo.

Síntesis de péptidos

En química orgánica, biología molecular y ciencias de la vida, la síntesis de péptidos es el proceso de producción de péptidos. Los péptidos se sintetizan químicamente mediante la reacción de condensación del grupo carboxilo de un aminoácido con el grupo amino de otro aminoácido. Suelen utilizarse estrategias de grupos protectores (también grupos de protección) para evitar reacciones secundarias no deseadas con las distintas cadenas laterales de los aminoácidos.
La síntesis química (in vitro) de péptidos suele comenzar acoplando el grupo carboxilo del aminoácido entrante (C-terminal) al N-terminal de la cadena peptídica en crecimiento. Al contrario de esta síntesis de C a N, la biosíntesis natural de proteínas de péptidos largos en los organismos vivos ocurre en la dirección opuesta. Esto significa que en la biosíntesis, el N-terminal del aminoácido entrante se une al C-terminal de la cadena proteica (N-a-C).
La mayoría de los protocolos de investigación y desarrollo para la síntesis de péptidos se basan en métodos en fase sólida, mientras que los métodos de síntesis en fase de solución se encuentran en la producción industrial de péptidos a gran escala.


Ultrasonidos de alto rendimiento La gama de productos de Hielscher cubre todo el espectro, desde el ultrasonido compacto de laboratorio, pasando por las unidades de sobremesa, hasta los sistemas de ultrasonidos totalmente industriales.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.