Sinteza peptida postala je učinkovita pomoću sonikacije
Sinteza peptida u čvrstoj fazi (SPPS) je uobičajena metoda za sintezu peptida. Ultrasonication je pouzdan alat za intenziviranje čvrste faze peptida sinteze rezultira višim prinosima, poboljšanom čistoćom, bez racemizacije i značajno ubrzanom brzinom reakcije. Hielscher Ultrasonics nudi različita ultrazvučna rješenja za sintezu, cijepanje i otapanje peptida.
Ultrazvučna sinteza peptida
Ultrasonication se već naširoko primjenjuje kao intenzivirajuća metoda u organskoj sintezi i dobro je poznata po svojim prednostima kao što su drastično smanjeno vrijeme reakcije, veći prinosi, manje nusproizvoda, pokretanje putova koji se ne mogu postići na druge načine, i/ili bolja selektivnost. Velike prednosti mogu se također postići kada se sonikacija spoji u reakcije sinteze peptida. Rezultati istraživanja su pokazali da ultrazvučno potpomognuta sinteza peptida postiže optimizirani prinos peptida visoke čistoće, bez racemizacije unutar kratkog vremena reakcije.
- Visoki prinosi peptida
- Znatno brža sinteza
- Veća čistoća peptida
- Nema racemizacije
- Paralelna sinteza raznih peptida
- Linearno skalabilan na bilo koji volumen
Ultrazvučni cuphorn za jednoliku sonikaciju nekoliko reaktorskih posuda za poboljšanu sintezu peptida.
Grafika koja prikazuje Merrifieldovu sintezu peptida čvrste faze. Ultrasonication se koristi za promicanje i poboljšanje reakcije sinteze, kao i za cijepanje sintetiziranih peptida iz smole.
Grafika: ©Conejos-Sanchez et al., 2014.)
Sinteza peptida čvrste faze poboljšana ultrazvukom
Sinteza peptida u čvrstoj fazi (SPPS) je kemijska reakcija koja omogućuje sastavljanje peptidnog lanca uzastopnim reakcijama derivata aminokiselina na netopivoj poroznoj podlozi. Međutim, tradicionalna sinteza peptida u čvrstoj fazi je relativno neučinkovit i spor proces. Stoga je ultrazvučno pojačavanje sinteze peptida visoko cijenjen alat za učinkovitiju i bržu sintezu peptida.
Silva i sur. (2021.) usporedili su "klasičnu" fluorenilmetoksikarbonil (Fmoc) sintezu peptida u čvrstoj fazi (SPPS) sa SPPS-om potpomognutom ultrazvukom (US) koja se temelji na pripremi tri peptida, odnosno peptida Pep1 specifičnog za receptor faktora rasta fibroblasta 3 (FGFR3) ( VSPPLTLGQLLS-NH2) i novi peptidi Pep2 (RQMATADEA-NH2) i Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
SPPS uz pomoć SAD-a doveo je do 14-strukog (Pep1) i 4-strukog smanjenja vremena (Pep2) u sklapanju peptida u usporedbi s "klasičnom" metodom. Zanimljivo je da je SPPS potpomognut ultrazvukom dao Pep1 veće čistoće (82%) nego "klasični" SPPS (73%). Značajno smanjenje vremena u kombinaciji s visokom postignutom čistoćom sirovog peptida potaknulo je istraživački tim da primijeni SPPS uz pomoć SAD-a na veliki peptid Pep3, koji pokazuje veliki broj hidrofobnih aminokiselina i homooligo-sekvenci. Zanimljivo je da je sinteza ovog 25-mernog peptida postignuta unutar manje od 6 sati (347 min) umjerene čistoće (približno 49%).
Brža sinteza peptida putem sinteze peptida na čvrstoj fazi pomoću ultrazvučne agitacije.
(Studija i analiza: Wołczański et al., 2019.)
Merlino i sur. (2019) također su proveli sveobuhvatnu studiju ultrazvučnih učinaka na sintezu peptida čvrste faze temeljenu na Fmoc-u, što je omogućilo sintezu različitih biološki aktivnih peptida (do 44-mera), uz značajnu uštedu materijala i vremena reakcije. Pokazali su da ultrazvuk nije pogoršao glavne nuspojave i poboljšao sintezu peptida obdarenih “teške sekvence”, stavljajući ultrazvučno promoviranu sintezu peptida čvrste faze (US-SPPS) među trenutne visoko učinkovite strategije sinteze peptida.
Dostupnost sustava visokih performansi za ultrazvučnu (soničnu) sintezu peptida omogućuje značajno poboljšane stope sinteze i povećanje čistoće sirovih proizvoda. (usp. Wołczański i sur., 2019.)
Istraživanje racemizacije. Usporedba značajnih 1H NMR spektara modela peptida sintetiziranih ručno klasičnim pristupom na sobnoj temperaturi u odnosu na ultrazvučnu metodu na povišenoj temperaturi. Kemijski pomaci His i Cys α-protona i metilenske skupine Acm (lijeve ploče), ɣ-metil protona Val (desne ploče) pokazuju da sonikacija na 70°C ne uzrokuje racemizaciju.
(Studija i analiza: Wołczański et al., 2019.)
Ultrazvučno cijepanje peptida
Nakon sinteze peptida u čvrstoj fazi (SPPS), sintetizirani peptidi moraju se odcijepiti od polimernih smola. Ovaj korak je također poznat kao uklanjanje zaštite. Kada se usporede uobičajeno mućkanje i ultrazvučna obrada za cijepanje peptida iz smole, metoda mućkanja zahtijeva cca. 1 sat, dok se ultrazvučno cijepanje može postići za 15 do 20 min. Ultrazvučno cijepanje peptida može se primijeniti na cijepanje zaštićenih aminokiselina i peptida povezanih s polistirenskim smolama preko benzilnih esterskih veza.
Ultrazvučno cijepanje peptida iz polistirenske smole daje visoke prinose peptida visoke čistoće, bez racemizacije, unutar brzog postupka.
(studija i grafika: ©Anuradha i Ravindranath, 1995.)
Ultrazvučno miješani reaktor za poboljšanu i ubrzanu sintezu peptida. Slika prikazuje ultrazvučni uređaj UP200St u staklenom reaktoru s miješanjem.
Hielscher Ultrasonics nudi različita ultrazvučna rješenja za izravnu i neizravnu sonikaciju. Snažni i precizno kontrolirani ultrazvučni procesori opskrbljuju reakcijsku posudu točno odgovarajućom količinom ultrazvučne energije. Bilo da koristite štrcaljke, cijevi, ploče s više jažica ili staklene reaktore kao posudu za sintezu, Hielscher Ultrasonics nudi najprikladniji ultrazvučni uređaj za vašu primjenu peptida.
- prilagođeni peptidi
- velika proizvodnja peptida
- biblioteke peptida
Mnoge sinteze peptida izvode se u štrcaljkama (npr. reaktorima s fritiranim štrcaljkama). Hielscherova ultrazvučna mješalica za štrcaljku sonicira otopinu peptida povezujući ultrazvučne valove kroz stijenku štrcaljke u tekućinu. Ultrazvučna mješalica sa štrcaljkom jedno je od najpopularnijih ultrazvučnih rješenja za ultrazvučno potpomognutu sintezu peptida.
Ultrazvučni cuphorn prikladan je alat za sonikaciju do 5 reaktorskih posuda, dok VialTweeter može primiti do deset reakcijskih cijevi plus dodatnih pet većih posuda putem pribora za stezanje.
Za druge tipove reaktora kao što su Merrifield ili Kamysz reaktor čvrste faze i druge polipropilenske ili borosilikatne posude/reaktori, Hielscher nudi prilagođene ultrazvučne sustave za neizravnu sonikaciju.
Za sintezu peptida na čvrstoj fazi u više jažica / mikrotitarskim pločama, UIP400MTP je idealan uređaj. Ultrazvučna kavitacija neizravno je ravnomjerno spojena u brojne jažice za uzorke za vrhunski prijenos mase i reakciju sinteze. Pogledajte video ispod kako biste vidjeli UIP400MTP u akciji!
Naravno, veći reaktori od miješanog stakla, npr. za sintezu u fazi otopine, mogu se lako opremiti ultrazvučnim sondama (aka sonotrode ili ultrazvučne rogove) bilo koje veličine.
- razne vrste ultrazvučnih uređaja
- izravna i neizravna sonikacija
- precizna kontrola intenziteta
- precizna kontrola temperature
- kontinuirani ili pulsirajući ultrazvuk
- pametne značajke, programabilni uređaji
- dostupan za bilo koji volumen
- linearna skalabilnost
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore za aplikacije miješanja, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju u laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
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.
Činjenice koje vrijedi znati
peptidi
Peptidi su spojevi u kojima je više aminokiselina povezano preko amidnih veza, takozvanih peptidnih veza. Kad su vezani u složene strukture – obično se sastoje od 50 ili više aminokiselina - te velike peptidne strukture nazivaju se proteinima. Peptidi su bitan građevni blok života i ispunjavaju brojne funkcije u tijelu.
sinteza peptida
U organskoj kemiji, molekularnoj biologiji i znanosti o životu, sinteza peptida je proces proizvodnje peptida. Peptidi se kemijski sintetiziraju reakcijom kondenzacije karboksilne skupine jedne aminokiseline na amino skupinu druge aminokiseline. Strategije zaštitnih skupina (također zaštitnih skupina) obično se koriste kako bi se izbjegle neželjene nuspojave s različitim bočnim lancima aminokiselina.
Kemijska (in vitro) sinteza peptida najčešće počinje spajanjem karboksilne skupine ulazne aminokiseline (C-kraj) na N-kraj rastućeg peptidnog lanca. Za razliku od ove C-to-N sinteze, prirodna proteinska biosinteza dugih peptida u živim organizmima odvija se u suprotnom smjeru. To znači da je u biosintezi N-završetak ulazne aminokiseline povezan s C-završetkom proteinskog lanca (N-na-C).
Većina istraživačkih i razvojnih protokola za sintezu peptida temelji se na metodama čvrste faze, dok se metode sinteze u fazi otopine mogu naći u velikoj industrijskoj proizvodnji peptida.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija do industrijska veličina.