ठोस-चरण पेप्टाइड संश्लेषण – सोनिकेशन से अधिक दक्ष
ठोस-चरण पेप्टाइड संश्लेषण (SPPS) पेप्टाइड संश्लेषण की प्रचलित विधि है। अल्ट्रासोनिकेशन ठोस-चरण पेप्टाइड संश्लेषण को तीव्र करने का एक विश्वसनीय साधन है, जिससे अधिक उपज, बेहतर शुद्धता, रेसिमीकरण का अभाव और अभिक्रिया की गति में उल्लेखनीय वृद्धि प्राप्त होती है। Hielscher Ultrasonics पेप्टाइड संश्लेषण, विदलन और घोलने के लिए विभिन्न अल्ट्रासोनिक समाधान प्रदान करता है।
अल्ट्रासोनिक ठोस-चरण पेप्टाइड संश्लेषण
अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग कार्बनिक संश्लेषण को तीव्र करने की विधि के रूप में पहले से ही व्यापक रूप से किया जाता है। यह अभिक्रिया समय में भारी कमी, अधिक उपज, कम उपोत्पाद, ऐसे अभिक्रिया मार्गों की शुरुआत जो अन्य तरीकों से संभव नहीं थे, और/या बेहतर चयनात्मकता जैसे लाभों के लिए प्रसिद्ध है। पेप्टाइड संश्लेषण अभिक्रियाओं में सोनिकेशन ऊर्जा प्रविष्ट कराने से भी बड़े लाभ प्राप्त किए जा सकते हैं। शोध परिणामों ने दर्शाया है कि अल्ट्रासोनिक सहायता से किए गए पेप्टाइड संश्लेषण में कम अभिक्रिया समय के भीतर, रेसिमीकरण के बिना, उच्च शुद्धता वाले पेप्टाइड की अनुकूलित उपज प्राप्त होती है।
- पेप्टाइड की उच्च उपज
- उल्लेखनीय रूप से तेज़ संश्लेषण
- पेप्टाइड की अधिक शुद्धता
- कोई रेसिमीकरण नहीं
- विभिन्न पेप्टाइड का समानांतर संश्लेषण
- किसी भी आयतन तक विस्तार योग्य
बेहतर पेप्टाइड संश्लेषण के लिए कई रिएक्टर पात्रों का एकसमान सोनिकेशन करने वाला अल्ट्रासोनिक cuphorn।
Merrifield ठोस-चरण पेप्टाइड संश्लेषण दर्शाने वाला चित्र। अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग संश्लेषण अभिक्रिया को बढ़ावा देने और बेहतर बनाने के साथ-साथ संश्लेषित पेप्टाइड को रेज़िन से विदलित करने के लिए किया जाता है।
चित्र: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
| अध्ययन | अध्ययन किए गए पेप्टाइड | अभिक्रिया समय (पारंपरिक बनाम US-SPPS) | अपरिष्कृत उत्पाद की शुद्धता (पारंपरिक बनाम US-SPPS) | रेसिमीकरण और पार्श्व अभिक्रियाएँ | प्रमुख निष्कर्ष |
|---|---|---|---|---|---|
| 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% | 70°C पर भी Cys/His के लिए इनमें से कोई नहीं देखा गया | ~7–12x तेज़ संश्लेषण; शुद्धता में बड़ा सुधार, विशेषकर TAT जैसे समुच्चयन-प्रवण अनुक्रमों के लिए। |
| Silva et al. (2021) | Pep1 (12-mer), Pep2 (9-mer), Pep3 (25-mer) | >3515/365 min → ~250/85 min (Pep1/Pep2); Pep3: 347 min (केवल US) | 73–84% → 72–82% (Pep1/Pep2) | परीक्षण नहीं किया गया; Pep2 की शुद्धता में मामूली कमी देखी गई | Pep1 के लिए समय 14 गुना कम हुआ; अपरिष्कृत उत्पाद की उपज में उल्लेखनीय वृद्धि हुई। |
| Merlino et al. (2019) | मॉडल पेंटापेप्टाइड, 44-mer तक के पेप्टाइड, “कठिन अनुक्रम” (Aβ 1-42, ACP 65-74) | 60 min → 30 min (मॉडल) | 84% → 93% (मॉडल); तापीय ऊष्मन (~45°C) से प्राप्त शुद्धता की तुलना में उल्लेखनीय रूप से अधिक | Cys/His एनैन्टियोमर में कोई उल्लेखनीय वृद्धि नहीं | कठिन/समुच्चयन-प्रवण अनुक्रमों के लिए अत्यधिक प्रभावी; उच्च शुद्धता बनाए रखते हुए अभिकर्मक की अतिरिक्त मात्रा कम करने की सुविधा देता है। |
अल्ट्रासाउंड से बेहतर ठोस-चरण पेप्टाइड संश्लेषण
ठोस-चरण पेप्टाइड संश्लेषण (SPPS) एक रासायनिक अभिक्रिया है, जो अघुलनशील छिद्रयुक्त आधार पर अमीनो अम्ल व्युत्पन्नों की क्रमिक अभिक्रियाओं के माध्यम से पेप्टाइड शृंखला बनाने में सक्षम बनाती है। हालाँकि, पारंपरिक ठोस-चरण पेप्टाइड संश्लेषण अपेक्षाकृत कम दक्ष और धीमी प्रक्रिया है। इसलिए, पेप्टाइड संश्लेषण को अल्ट्रासोनिक विधि से तीव्र करना अधिक प्रभावी और तेज़ पेप्टाइड संश्लेषण के लिए एक अत्यंत सम्मानित साधन है।
Silva et al. (2021) ने तीन पेप्टाइडों की तैयारी के आधार पर “पारंपरिक” फ्लुओरेनिलमेथॉक्सीकार्बोनिल (Fmoc)-ठोस-चरण पेप्टाइड संश्लेषण (SPPS) की तुलना अल्ट्रासाउंड (US)-सहायित SPPS से की। ये तीन पेप्टाइड थे: फाइब्रोब्लास्ट वृद्धि कारक रिसेप्टर 3(FGFR3) के लिए विशिष्ट पेप्टाइड Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) तथा नए पेप्टाइड Pep2 (RQMATADEA-NH2) और Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2)।
“पारंपरिक” विधि की तुलना में US-सहायित SPPS से पेप्टाइड शृंखला बनाने में लगने वाला समय 14 गुना (Pep1) और 4 गुना (Pep2) घट गया। दिलचस्प बात यह है कि अल्ट्रासाउंड-सहायित SPPS से प्राप्त Pep1 की शुद्धता (82%), “पारंपरिक” SPPS से प्राप्त शुद्धता (73%) से अधिक थी। समय में उल्लेखनीय कमी और प्राप्त अपरिष्कृत पेप्टाइड की उच्च शुद्धता ने शोध दल को बड़े पेप्टाइड Pep3 पर US-सहायित SPPS लागू करने के लिए प्रेरित किया, जिसमें बड़ी संख्या में जलविरागी अमीनो अम्ल और होमोओलिगोमेरिक अनुक्रम होते हैं। उल्लेखनीय रूप से, इस 25-मेर पेप्टाइड का संश्लेषण 6 घंटे से कम समय (347 min) में मध्यम शुद्धता (लगभग 49%) के साथ पूरा हुआ।
अल्ट्रासोनिक आंदोलन का उपयोग करके ठोस-चरण पेप्टाइड संश्लेषण के माध्यम से अधिक तेज़ पेप्टाइड संश्लेषण।
(अध्ययन और विश्लेषण: Wołczański et al., 2019)
Merlino et al. (2019) ने भी Fmoc-आधारित ठोस-चरण पेप्टाइड संश्लेषण पर अल्ट्रासोनिक प्रभावों का व्यापक अध्ययन किया, जिससे सामग्री और अभिक्रिया समय की उल्लेखनीय बचत के साथ विभिन्न जैविक रूप से सक्रिय पेप्टाइडों (44-मेर तक) का संश्लेषण संभव हुआ। उन्होंने दिखाया कि अल्ट्रासोनिकेशन ने मुख्य पार्श्व अभिक्रियाओं को नहीं बढ़ाया और “कठिन अनुक्रमों” वाले पेप्टाइडों के संश्लेषण में सुधार किया। इससे अल्ट्रासोनिक विधि से संवर्धित ठोस-चरण पेप्टाइड संश्लेषण (US-SPPS) वर्तमान अत्यधिक दक्ष पेप्टाइड संश्लेषण रणनीतियों में शामिल हो गया।
पेप्टाइडों के अल्ट्रासोनिक (ध्वनिक) संश्लेषण के लिए उच्च-प्रदर्शन प्रणालियों की उपलब्धता संश्लेषण दरों में उल्लेखनीय सुधार और अपरिष्कृत उत्पादों की शुद्धता में वृद्धि संभव बनाती है। (देखें Wołczański et al., 2019)
रेसीमीकरण की जाँच। कमरे के तापमान पर पारंपरिक विधि से हाथ से संश्लेषित मॉडल पेप्टाइडों और बढ़े हुए तापमान पर अल्ट्रासोनिक विधि से संश्लेषित मॉडल पेप्टाइडों के प्रमुख 1H NMR स्पेक्ट्रा की तुलना। His और Cys के α-प्रोटॉनों तथा Acm के मेथिलीन समूह (बाएँ पैनल), और Val के ɣ-मिथाइल प्रोटॉनों (दाएँ पैनल) के रासायनिक विस्थापन दर्शाते हैं कि 70°C पर सोनिकेशन से रेसीमीकरण नहीं होता।
(अध्ययन और विश्लेषण: Wołczański et al., 2019)
पेप्टाइडों का अल्ट्रासोनिक विदलन
ठोस-चरण पेप्टाइड संश्लेषण (SPPS) के बाद, संश्लेषित पेप्टाइडों को बहुलकीय रेज़िनों से विदलित करके अलग करना आवश्यक होता है। इस चरण को संरक्षण समूह हटाना भी कहा जाता है। रेज़िन से पेप्टाइडों के विदलन के लिए सामान्य हिलाने की विधि और अल्ट्रासोनिकेशन की तुलना करने पर, हिलाने की विधि में लगभग 1 घंटा लगता है, जबकि अल्ट्रासोनिक विदलन 15 से 20 min में पूरा किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक पेप्टाइड विदलन का उपयोग उन संरक्षित अमीनो अम्लों और पेप्टाइडों के विदलन के लिए किया जा सकता है, जो बेंज़िलिक एस्टर बंधों के माध्यम से पॉलीस्टाइरीन रेज़िनों से जुड़े होते हैं।
पॉलीस्टाइरीन रेज़िन से पेप्टाइडों का अल्ट्रासोनिक विदलन एक त्वरित प्रक्रिया में, रेसीमीकरण के बिना, उच्च शुद्धता वाले पेप्टाइडों की उच्च उपज देता है।
(अध्ययन और आरेख: ©Anuradha and Ravindranath, 1995)
बेहतर और अधिक तेज़ पेप्टाइड संश्लेषण के लिए अल्ट्रासोनिक विधि से आंदोलित रिएक्टर। चित्र में अल्ट्रासोनिकेटर UP200St एक हिलाए जा रहे काँच के रिएक्टर में दिखाया गया है।
पेप्टाइड संश्लेषण के लिए उच्च-प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटर
Hielscher Ultrasonics प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष सोनिकेशन के लिए विभिन्न अल्ट्रासोनिक समाधान प्रदान करता है। शक्तिशाली और सटीक रूप से नियंत्रित किए जा सकने वाले अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर अभिक्रिया पात्र में अल्ट्रासोनिक ऊर्जा की बिल्कुल सही मात्रा पहुँचाते हैं। चाहे आप संश्लेषण पात्र के रूप में सिरिंज, ट्यूब, मल्टी-वेल प्लेट या काँच के रिएक्टर का उपयोग करें, Hielscher Ultrasonics आपके पेप्टाइड अनुप्रयोग के लिए सबसे उपयुक्त अल्ट्रासोनिकेटर प्रदान करता है।
- आवश्यकतानुसार तैयार किए गए पेप्टाइड
- बड़े पैमाने पर पेप्टाइड उत्पादन
- पेप्टाइड लाइब्रेरी
कई पेप्टाइड संश्लेषण सिरिंजों में किए जाते हैं (जैसे, फ्रिटयुक्त सिरिंज रिएक्टर)। Hielscher का अल्ट्रासोनिक सिरिंज एजिटेटर सिरिंज की दीवार के माध्यम से अल्ट्रासोनिक तरंगों को द्रव में संचारित करके पेप्टाइड विलयन का सोनिकेशन करता है। अल्ट्रासोनिक सिरिंज एजिटेटर पेप्टाइड के अल्ट्रासोनिक-सहायता प्राप्त संश्लेषण के लिए सबसे लोकप्रिय अल्ट्रासोनिक समाधानों में से एक है।
अल्ट्रासोनिक cuphorn अधिकतम 5 रिएक्टर पात्रों का सोनिकेशन करने के लिए एक उपयुक्त उपकरण है, जबकि VialTweeter में अधिकतम दस अभिक्रिया ट्यूब रखी जा सकती हैं और क्लैंप-ऑन सहायक उपकरण के माध्यम से अतिरिक्त पाँच बड़े पात्र भी लगाए जा सकते हैं।
अन्य प्रकार के रिएक्टरों, जैसे Merrifield या Kamysz ठोस-चरण रिएक्टर तथा अन्य पॉलीप्रोपिलीन या बोरोसिलिकेट पात्रों और रिएक्टरों के लिए, Hielscher आवश्यकतानुसार तैयार की गई क्लैंप-ऑन माउंटिंग या फ्लैंज के साथ अप्रत्यक्ष और प्रत्यक्ष सोनिकेशन के लिए सोनिकेटर प्रदान करता है।
निश्चित रूप से, बड़े विलोडित काँच के रिएक्टरों में भी, जैसे विलयन-चरण संश्लेषण के लिए, किसी भी आकार के अल्ट्रासोनिक प्रोब (जिन्हें सोनोट्रोड या अल्ट्रासोनिक हॉर्न भी कहा जाता है) आसानी से लगाए जा सकते हैं।
- विभिन्न प्रकार के अल्ट्रासोनिकेटर
- प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष सोनिकेशन
- तीव्रता का सटीक नियंत्रण
- तापमान का सटीक नियंत्रण
- निरंतर या स्पंदित अल्ट्रासाउंड
- स्मार्ट सुविधाएँ, प्रोग्राम किए जा सकने वाले उपकरण
- किसी भी आयतन के लिए उपलब्ध
- रैखिक रूप से पैमाना बढ़ाने की क्षमता
मल्टी-वेल/माइक्रोटाइटर प्लेटों में ठोस-चरण पेप्टाइड संश्लेषण के लिए UIP400MTP आदर्श उपकरण है। बेहतर द्रव्यमान स्थानांतरण और संश्लेषण अभिक्रिया के लिए अनेक नमूना वेलों में अल्ट्रासोनिक कैविटेशन अप्रत्यक्ष रूप से और समान रूप से संचारित किया जाता है। नीचे दिए गए वीडियो में देखें कि माइक्रोप्लेट सोनिकेटर UIP400MTP कैसे काम करता है!
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Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर मिश्रण संबंधी अनुप्रयोगों, परिक्षेपण, पायसीकरण और निष्कर्षण के लिए उच्च-प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र बनाता है।
अल्ट्रासोनिक पेप्टाइड संश्लेषण के बारे में जानने योग्य तथ्य
पेप्टाइड क्या हैं?
पेप्टाइड ऐसे यौगिक हैं जिनमें कई अमीनो अम्ल एमाइड बंधों के माध्यम से जुड़े होते हैं, जिन्हें पेप्टाइड बंध कहा जाता है। जब ये जटिल संरचनाओं में बँधे होते हैं – जिनमें आमतौर पर 50 या अधिक अमीनो अम्ल होते हैं – तो इन बड़ी पेप्टाइड संरचनाओं को प्रोटीन कहा जाता है। पेप्टाइड जीवन के आवश्यक निर्माण घटक हैं और शरीर में अनेक कार्य करते हैं।
पेप्टाइड संश्लेषण कैसे होता है?
कार्बनिक रसायन विज्ञान, आणविक जीव विज्ञान और जीवन विज्ञान में, पेप्टाइड संश्लेषण पेप्टाइड बनाने की प्रक्रिया है। एक अमीनो अम्ल के कार्बोक्सिल समूह और दूसरे अमीनो अम्ल के अमीनो समूह के बीच संघनन अभिक्रिया के माध्यम से पेप्टाइड का रासायनिक संश्लेषण किया जाता है। विभिन्न अमीनो अम्ल पार्श्व शृंखलाओं के साथ अवांछित पार्श्व अभिक्रियाओं से बचने के लिए आमतौर पर रक्षण समूहों (जिन्हें सुरक्षात्मक समूह भी कहा जाता है) पर आधारित रणनीतियों का उपयोग किया जाता है।
रासायनिक (इन-विट्रो) पेप्टाइड संश्लेषण प्रायः जुड़ने वाले अमीनो अम्ल के कार्बोक्सिल समूह (C-टर्मिनस) को बढ़ती हुई पेप्टाइड शृंखला के N-टर्मिनस से जोड़ने से शुरू होता है। इस C-से-N संश्लेषण के विपरीत, जीवित जीवों में लंबे पेप्टाइड का प्राकृतिक प्रोटीन जैवसंश्लेषण उलटी दिशा में होता है। इसका अर्थ है कि जैवसंश्लेषण में जुड़ने वाले अमीनो अम्ल का N-टर्मिनस प्रोटीन शृंखला के C-टर्मिनस से जुड़ता है (N-से-C)।
पेप्टाइड संश्लेषण के अधिकांश अनुसंधान और विकास प्रोटोकॉल ठोस-चरण विधियों पर आधारित हैं, जबकि पेप्टाइड के बड़े पैमाने पर औद्योगिक उत्पादन में विलयन-चरण संश्लेषण विधियाँ उपयोग में आती हैं।
पेप्टाइड संश्लेषण में वर्तमान अत्याधुनिक स्थिति क्या है?
SUS-SPPS (सतत अल्ट्रासाउंड-सहायता प्राप्त SPPS) के बारे में यह प्रदर्शित किया गया है कि यह प्रक्रिया को प्रति चक्र केवल दो चरणों (संयुक्त युग्मन/कैपिंग/सुरक्षात्मक समूह हटाना + एक बार धुलाई) तक सीमित कर देता है, जिससे विलायक की खपत और समय में उल्लेखनीय कमी आती है। (देखें Mottola et al., 2025)
अल्ट्रासोनिक-सहायता प्राप्त TAPS एक उभरता हुआ संयोजन है, जिसकी पूर्ण संश्लेषणों (जैसे, lipobactin) में सफलता प्रदर्शित की गई है और API निर्माण के लिए CDMOs द्वारा इसकी संभावनाओं का अध्ययन किया जा रहा है।
अल्ट्रासोनिक-सहायता प्राप्त TAGGING पेप्टाइड संश्लेषण के लाभ जानें!
सतत प्रसंस्करण की संभावनाओं का अध्ययन एक और सुधार के रूप में किया जा रहा है – सिलिलीकृत टैग-सहायता प्राप्त सतत एक-पात्र संश्लेषण प्लेटफ़ॉर्मों का वर्णन किया गया है।
यह क्षेत्र हरित रसायन विज्ञान के सिद्धांतों की ओर बढ़ रहा है, जिसमें अल्ट्रासाउंड और TAPS दोनों विलायक के उपयोग और अभिकर्मकों की आवश्यक मात्रा को कम करने तथा संधारणीयता में सुधार लाने में योगदान दे रहे हैं।
साहित्य / संदर्भ
- 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.
Hielscher Ultrasonics उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र प्रयोगशाला से औद्योगिक आकार तक बनाता है।