Peptiidide süntees tahkes faasis – Tõhusam ultrahelitöötluse abil

Tahkefaasiline peptiidide süntees (SPPS) on tavaline meetod peptiidide sünteesiks. Ultraheli on usaldusväärne vahend tahke faasi peptiidide sünteesi intensiivistamiseks, mille tulemuseks on suurem saagikus, parem puhtus, rassiseerumine ja oluliselt kiirendatud reaktsioonikiirus. Hielscher Ultrasonics pakub erinevaid ultraheli lahendusi peptiidide sünteesiks, lõhustamiseks ja lahustamiseks.

Ultrasonic Solid-Phase Peptide Synthesis

Ultraheli kasutatakse juba laialdaselt orgaanilise sünteesi intensiivistava meetodina ja see on hästi tuntud oma eeliste poolest, nagu drastiliselt vähenenud reaktsiooniajad, kõrgemad saagised, vähem kõrvalsaadusi, radade algatamine, mida ei olnud võimalik muul viisil saavutada, ja / või parem selektiivsus. Samuti on võimalik saada suurt kasu, kui ultrahelitöötlus on seotud peptiidide sünteesi reaktsioonidega. Uurimistulemused on näidanud, et ultraheli abil peptiidide süntees saavutab kõrge puhtusastmega peptiidide optimeeritud saagise ilma ratsemiseerimiseta lühikese reaktsiooniaja jooksul.

Ultraheli peptiidide sünteesi eelised

Kõrge peptiidide saagikus
Oluliselt kiirem süntees
Kõrgem peptiidi puhtus
Ei mingit võiduajamist
Erinevate peptiidide paralleelne süntees
Scalable to any volume

Ultraheli kuppel mitme reaktori anuma ühtlaseks ultrahelitöötluseks, nt paremaks peptiidide sünteesiks.

Ultraheli kuppel mitme reaktori anuma ühtlaseks ultrahelitöötluseks peptiidide sünteesi parandamiseks.

Merrifieldi tahke faasi peptiidi sünteesi skemaatiline esitus, mida saab ultrahelitöötlusega intensiivistada.

Graphic demonstrating the Merrifield solid phase peptide synthesis. Ultrasonication is used to promote and enhance the synthesis reaction as well as for cleavage of the synthesized peptides from the resin.
Graafik: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)

Study	Peptide(s) Studied	Reaction Time (Classical vs US-SPPS)	Crude Purity (Classical vs US-SPPS)	Racemization and Side Reactions	Key Takeaways
Wołczański et al. (2019)	Met-enkephalin, UB33-43-OCam, TAT48-60-NH2, B2m58-69-NH2, ACP65-74-NH2, β-endorphin	600–1920 min → 48–284 min	24.2–71.3% → 60.6–89.9%	None observed for Cys/His, even at 70°C	~7–12x faster synthesis; major purity improvements, especially for aggregation-prone sequences like TAT.
Silva et al. (2021)	Pep1 (12-mer), Pep2 (9-mer), Pep3 (25-mer)	>3515/365 min → ~250/85 min (Pep1/Pep2); Pep3: 347 min (US only)	73–84% → 72–82% (Pep1/Pep2)	Not tested; slight purity drop in Pep2 noted	14x time reduction for Pep1; crude yields significantly increased.
Merlino et al. (2019)	Model pentapeptides, peptides up to 44-mer, “rasked järjestused” (Aβ 1-42, ACP 65-74)	60 min → 30 min (model)	84% → 93% (model); significantly higher than thermal heating (~45°C)	No significant increase for Cys/His enantiomers	Highly effective for difficult/aggregation-prone sequences; allows reduced reagent excess while maintaining high purity.

Tahke faasi peptiidi süntees paranes ultraheliga

Tahkefaasiline peptiidide süntees (SPPS) on keemiline reaktsioon, mis võimaldab peptiidahela kokkupanekut aminohapete derivaatide järjestikuste reaktsioonide kaudu lahustumatule poorsele toele. Kuid traditsiooniline tahkefaasiline peptiidide süntees on suhteliselt ebaefektiivne ja aeglane protsess. Seetõttu on peptiidide sünteesi ultraheli intensiivistamine kõrgelt hinnatud vahend peptiidide tõhusamaks ja kiiremaks sünteesiks.
Silva jt. (2021) võrdlesid “klassikaline” fluorenüülmetoksükarbonüül (Fmoc)-tahkfaasi peptiidisüntees (SPPS) ultraheli (US)-abistatud SPPS, mis põhineb kolme peptiidi valmistamisel, nimelt fibroblastide kasvufaktori retseptori 3 (FGFR3)-spetsiifilisel peptiidil Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) ning uutel peptiididel Pep2 (RQMATADEA-NH2) ja Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
USA toetusel toimunud SPPS-protsessiga lühenes peptiidide kokkupaneku aeg 14 korda (Pep1) ja 4 korda (Pep2) võrreldes “klassikaline” meetod. Huvitaval kombel andis ultraheliga toetatud SPPS Pep1-i suurema puhtusastmega (82%) kui “klassikaline” SPPS (73%). Märkimisväärne aja kokkuhoid koos saavutatud kõrge toorpeptiidi puhtusega ajendas uurimisrühma rakendama ultraheliga toetatud SPPS-meetodit suure peptiidi Pep3 puhul, milles esineb suur hulk hüdrofoobseid aminohappeid ja homooligosekventsid. Tähelepanuväärne on, et selle 25-meri pikkuse peptiidi süntees saavutati vähem kui 6 tunni (347 min) jooksul mõõduka puhtusastmega (u. 49%).

Ultraheli tahke faasi peptiidi süntees (US-SPPS) on efektiivne meetod peptiidide sünteesiks, mis takistab ratsemiseerumist.

Kiirem peptiidide süntees tahkefaasilise peptiidi sünteesi kaudu, kasutades ultraheli agitatsiooni.
(Uuring ja analüüs: Wołczański et al., 2019)

Merlino jt. (2019) viisid läbi ka põhjaliku uuringu ultraheli mõju kohta Fmoc-põhisele tahkfaasi peptiidisünteesile, mis võimaldas sünteesida erinevaid bioloogiliselt aktiivseid peptiide (kuni 44-mer), saavutades märkimisväärset materjali- ja reaktsiooniaja kokkuhoidu. Nad näitasid, et ultrahelitöötlus ei võimendanud peamisi kõrvalreaktsioone ning parandas selliste peptiidide sünteesi, millel on “rasked järjestused”, asetades ultraheli reklaamitud tahkefaasilise peptiidi sünteesi (US-SPPS) praeguste ülitõhusate peptiidsünteetiliste strateegiate hulka.

Suure jõudlusega süsteemide kättesaadavus peptiidide ultraheli (helilise) sünteesi jaoks võimaldab oluliselt parandada sünteesikiirust ja suurendada toorainete puhtust. (vrd Wołczański et al., 2019)

Ultraheli peptiidide süntees annab kõrge puhtusastmega peptiidide suure saagise, samas kui ratsemiseerimine on takistatud.

Rassiseerumise uurimine. Mudelite oluliste 1H NMR spektrite võrdlus peptiidid, mis sünteesitakse käsitsi, kasutades klassikalist lähenemist toatemperatuuril vs ultraheli meetodit kõrgemal temperatuuril. Tema ja Cys α-prootonite ja Acm-i metüleenrühma (vasakpoolsed paneelid), Val ɣ-metüülprootonite (parempoolsed paneelid) keemilised nihked näitavad, et ultrahelitöötlus 70 ° C juures ei põhjusta ratsemist.
(Uuring ja analüüs: Wołczański et al., 2019)

Peptiidide ultraheli lõhustamine

Pärast tahkefaasilist peptiidide sünteesi (SPPS) tuleb polümeersetest vaikudest lõhustada sünteesitud peptiidid. Seda sammu nimetatakse ka deprotekteerimiseks. Kui võrreldakse vaigust peptiidide lõhustamise tavalist raputamist ja ultraheli, nõuab raputamismeetod umbes 1 tund, samas kui ultraheli lõhustamist saab teostada 15 kuni 20 minutiga. Ultraheli peptiidi lõhustamist saab rakendada kaitstud aminohapete ja peptiidide lõhustamiseks, mis on seotud polüstüreenvaikudega bensüülestersidemete kaudu.

Ultraheli lõhustamine on kiire ja usaldusväärne meetod sünteesitud peptiidide eraldamiseks polüstüreenvaigust.

Peptiidide ultraheli lõhustamine polüstüreenvaigust annab kiire protseduuri käigus kõrge puhtusastmega, ilma ratsemiseerimiseta, peptiidide suure saagise.
(uurimus ja graafik: ©Anuradha ja Ravindranath, 1995)

Ultraheli segatud reaktor peptiidide paremaks sünteesiks.

Ultraheli segatud reaktor paremaks ja kiirendatud peptiidide sünteesiks. Pildil on ultrasonikaator UP200St segatud klaasreaktoris.

Suure jõudlusega ultrasonikaatorid peptiidide sünteesiks

Hielscher Ultrasonics pakub erinevaid ultraheli lahendusi otseseks ja kaudseks ultrahelitöötluseks. Võimas ja täpselt kontrollitav ultraheli protsessorid annavad reaktsioonianumale täpselt õige koguse ultraheli energiat. Kas kasutate sünteesianumana süstlaid, torusid, mitme kaevuga plaate või klaasreaktoreid, pakub Hielscher Ultrasonics teie peptiidirakenduse jaoks kõige sobivamat ultrasonikaatorit.

Hielscheri ultraheli süsteemid sobivad ideaalselt sünteesiks

kohandatud peptiidid
suuremahuline peptiidide tootmine
peptiidide raamatukogud

Paljud peptiidsünteesid viiakse läbi süstaldes (nt friteeritud süstlareaktorites). Hielscheri ultraheli süstla segisti sonikeerib peptiidilahuse, ühendades ultraheli lained läbi süstla seina vedelikku. Ultraheli süstla segisti on üks populaarsemaid ultraheli lahendusi peptiidide ultraheli abil sünteesiks.
Ultraheli kuppel on sobiv vahend kuni 5 reaktoranuma sonikeerimiseks, samas kui VialTweeter mahutab kuni kümme reaktsioonitoru pluss lisaks viis suuremat anumat klambriga lisaseadme kaudu.
For other reactor types such as the Merrifield or Kamysz solid-phase reactor and other polypropylene or borosilicate vessels and reactors, Hielscher offers sonicators for indirect and direct sonication with customized clamp-on mounting or flange.

Loomulikult saab suuremaid segatud klaasreaktoreid, näiteks lahusfaasi sünteesiks, hõlpsasti varustada mis tahes suurusega ultrahelianduritega (mida nimetatakse ka sonotroodideks või ultrahelihornideks).

Hielscheri ultrasonikaatorite eelised peptiidide sünteesiks

erinevad ultrasonikaatori tüübid
otsene ja kaudne ultrahelitöötlus
täpne intensiivsuse reguleerimine
täpne temperatuuri reguleerimine
pidev või impulss-ultraheli
nutikad funktsioonid, programmeeritavad seadmed
saadaval mis tahes mahu jaoks
lineaarne mastaapsus

UIP400MTP on ideaalne seade peptiidide tahkefaasisünteesiks mitme auguga/mikrotiterplaatidel. Ultraheli kavitatsioon on kaudselt ühtlaselt ühendatud arvukate prooviaukudega, tagades suurepärase massiülekande ja sünteesireaktsiooni. Vaadake allolevat videot, et näha, kuidas mikroplaadi ultraheli-seade UIP400MTP töös!

Ultraheli homogenisaatori UIP400MTP võib sonikeerida mitme kaevuga plaate ja mikro-tiiterplaate rakkude lüüsi, DNA killustumise, hajutamise või homogeniseerimiseks.

Võta meiega ühendust! / Küsi meilt!

Ultraheli kõrge nihkega homogenisaatoreid kasutatakse laboris, pink-topis, piloot- ja tööstuslikus töötlemises.

Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid rakenduste segamiseks, hajutamiseks, emulgeerimiseks ja ekstraheerimiseks laboris, piloot- ja tööstuslikus mastaabis.

Seotud teemad

Ultrasonilise peptiidisünteesi kohta teadmisväärsed faktid

Mis on peptiidid?

Peptiidid on ühendid, kus amiidsidemete, nn peptiidsidemete kaudu on seotud mitu aminohapet. Kui see on seotud keerukate struktuuridega – koosneb tavaliselt 50 või enamast aminohappest - neid suuri peptiidstruktuure nimetatakse valkudeks. Peptiidid on elu oluline ehituskivi ja täidavad kehas mitmeid funktsioone.

Kuidas toimib peptiidide süntees?

Orgaanilises keemias, molekulaarbioloogias ja eluteaduses on peptiidide süntees peptiidide tootmise protsess. Peptiidid sünteesitakse keemiliselt ühe aminohappe karboksüülrühma kondensatsioonireaktsiooni kaudu teise aminohappe aminorühma. Rühmade (ka kaitserühmade) kaitsmise strateegiaid kasutatakse tavaliselt selleks, et vältida soovimatuid kõrvalreaktsioone erinevate aminohapete kõrvalahelatega.
Keemiline (in vitro) peptiidide süntees algab kõige sagedamini sissetuleva aminohappe (C-terminus) karboksüülrühma sidumisega kasvava peptiidahela N-otsaga. Vastupidiselt sellele C-N sünteesile toimub elusorganismides pikkade peptiidide loomulik valgu biosüntees vastupidises suunas. See tähendab, et biosünteesis on sissetuleva aminohappe N-ots seotud valguahela C-otsaga (N-to-C).
Enamik peptiidide sünteesi uurimis- ja arendusprotokolle põhineb tahkefaasilistel meetoditel, samas kui peptiidide suuremahulises tööstuslikus tootmises võib leida lahendusfaasi sünteesimeetodeid.

Milline on peptiidide sünteesi praegune tehnika tase?
SUS-SPPS (jätkusuutlik ultraheli abil läbiviidav SPPS) has been demonstrated to reduce the process to just two steps per cycle (combined coupling/capping/deprotection + single wash), significantly reducing solvent consumption and time. (cf. Mottola et al., 2025)
Ultraheliga toetatud TAPS on arenev kombinatsioon, mis on osutunud edukaks täissünteesides (nt lipobaktin) ja mida CDMO-d uurivad toimeainete tootmiseks.
Avastage ultraheliga toetatud TAGGING-peptiidisünteesi eelised!
pidev töötlemine seda uuritakse täiendava täiustusena – On kirjeldatud silüleeritud märgistusega toetatud pidevaid ühe-potis sünteesplatvorme.
Selles valdkonnas liigutakse rohelise keemia põhimõtete suunas, kusjuures nii ultraheli kui ka TAPS aitavad kaasa lahustite kasutamise vähendamisele, reagentide koguse vähendamisele ja jätkusuutlikkuse parandamisele.

Kirjandus / Viited

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.
Salvatore Mottola, Alessandra Del Bene, Vincenzo Mazzarella, Roberto Cutolo, Ida Boccino, Francesco Merlino, Sandro Cosconati, Salvatore Di Maro, Anna Messere (2015): Sustainable Ultrasound-Assisted Solid-Phase peptide synthesis (SUS-SPPS): Less Waste, more efficiency. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 114, 2025.
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.

High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates Lab kuni tööstuslik suurus.