Sintesis Peptida Fase Padat – Lebih Efisien dengan Sonikasi
Sintesis Peptida Fase Padat (SPPS) adalah metode umum untuk sintesis peptida. Ultrasonikasi adalah alat yang andal untuk mengintensifkan sintesis peptida fase padat yang menghasilkan hasil yang lebih tinggi, peningkatan kemurnian, tidak ada rasemisasi dan kecepatan reaksi yang dipercepat secara signifikan. Hielscher Ultrasonics menawarkan berbagai solusi ultrasonik untuk sintesis peptida, pembelahan, dan pelarutan.
Sintesis Peptida Fase Padat dengan Ultrasonik
Ultrasonikasi sudah banyak diterapkan sebagai metode intensifikasi dalam sintesis organik dan terkenal karena kelebihannya seperti waktu reaksi yang berkurang secara drastis, hasil yang lebih tinggi, produk sampingan yang lebih sedikit, inisiasi jalur, yang tidak dapat dicapai dengan cara lain, dan / atau selektivitas yang lebih baik. Manfaat besar juga dapat diperoleh, ketika sonikasi digabungkan ke dalam reaksi sintesis peptida. Hasil penelitian telah menunjukkan bahwa sintesis peptida yang dibantu ultrasonik mencapai hasil peptida yang dioptimalkan dengan kemurnian tinggi, tanpa rasemisasi dalam waktu reaksi yang singkat.
- Hasil peptida tinggi
- Sintesis yang jauh lebih cepat
- Kemurnian peptida yang lebih tinggi
- Tidak ada rasmisasi
- Sintesis paralel berbagai peptida
- Dapat disesuaikan dengan volume apa pun
Cuphorn ultrasonik untuk sonikasi seragam dari beberapa bejana reaktor untuk sintesis peptida yang lebih baik.
Gambar yang menggambarkan sintesis peptida fase padat Merrifield. Ultrasonikasi digunakan untuk mempercepat dan meningkatkan reaksi sintesis, serta untuk memisahkan peptida hasil sintesis dari resin.
Grafik: ©Conejos-Sanchez dkk., 2014)
| Studi | Peptida yang Diteliti | Waktu Reaksi (Klasik vs US-SPPS) | Kemurnian Minyak Mentah (Metode Klasik vs US-SPPS) | Rasemisasi dan Reaksi Samping | Poin-Poin Penting |
|---|---|---|---|---|---|
| Wołczański dkk. (2019) | Met-enkephalin, UB33-43-OCam, TAT48-60-NH2, B2m58-69-NH2, ACP65-74-NH2, β-endorphin | 600–1920 menit → 48–284 menit | 24,2–71,3% → 60,6–89,9% | Tidak teramati pada Cys/His, bahkan pada suhu 70°C | ~7–12 kali lebih cepat dalam proses sintesis; peningkatan kemurnian yang signifikan, terutama untuk urutan yang rentan terhadap agregasi seperti TAT. |
| Silva dkk. (2021) | Pep1 (12-mer), Pep2 (9-mer), Pep3 (25-mer) | >3515/365 menit → ~250/85 menit (Pep1/Pep2); Pep3: 347 menit (hanya di AS) | 73–84% → 72–82% (Pep1/Pep2) | Belum diuji; teramati sedikit penurunan kemurnian pada Pep2 | Pengurangan waktu hingga 14 kali lipat untuk Pep1; hasil kasar meningkat secara signifikan. |
| Merlino dkk. (2019) | Model pentapeptida, peptida dengan panjang hingga 44-mer, “urutan yang sulit” (Aβ 1-42, ACP 65-74) | 60 menit → 30 menit (model) | 84% → 93% (model); secara signifikan lebih tinggi daripada pemanasan termal (~45°C) | Tidak ada peningkatan yang signifikan pada enansiomer Cys/His | Sangat efektif untuk urutan yang sulit/mudah menggumpal; memungkinkan pengurangan kelebihan reagen sekaligus mempertahankan kemurnian yang tinggi. |
Sintesis Peptida Fase Padat Ditingkatkan dengan Ultrasound
Sintesis Peptida Fase Padat (SPPS) adalah reaksi kimia yang memungkinkan perakitan rantai peptida melalui reaksi berturut-turut turunan asam amino pada penyangga berpori yang tidak larut. Namun, sintesis peptida fase padat tradisional adalah proses yang relatif tidak efisien dan lambat. Oleh karena itu, intensifikasi ultrasonik sintesis peptida adalah alat yang sangat dihormati untuk sintesis peptida yang lebih berkesan dan cepat.
Silva dkk. (2021) membandingkan “klasik” Sintesis peptida fase padat (SPPS) dengan fluorenilmetoksikarbonil (Fmoc) (US)-dibantu SPPS berdasarkan persiapan tiga peptida, yaitu peptida spesifik reseptor faktor pertumbuhan fibroblast 3 (FGFR3) Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) serta peptida baru Pep2 (RQMATADEA-NH2) dan Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
SPPS yang didukung AS berhasil mengurangi waktu perakitan peptida hingga 14 kali lipat (Pep1) dan 4 kali lipat (Pep2) dibandingkan dengan “klasik” metode. Menariknya, SPPS yang dibantu ultrasonik menghasilkan Pep1 dengan kemurnian yang lebih tinggi (82%) dibandingkan dengan “klasik” SPPS (73%). Penghematan waktu yang signifikan, ditambah dengan kemurnian peptida kasar yang tinggi yang berhasil dicapai, mendorong tim peneliti untuk menerapkan SPPS berbantuan gelombang ultrasonik pada peptida besar Pep3, yang memiliki jumlah asam amino hidrofobik dan urutan homooligo yang tinggi. Yang luar biasa, sintesis peptida 25-mer ini berhasil diselesaikan dalam waktu kurang dari 6 jam (347 menit) dengan kemurnian sedang (sekitar 49%).
Sintesis peptida lebih cepat melalui sintesis peptida fase padat menggunakan agitasi ultrasonik.
(Studi dan analisis: Wołczański et al., 2019)
Merlino dkk. (2019) juga melakukan studi komprehensif mengenai pengaruh ultrasonik pada sintesis peptida fase padat berbasis Fmoc, yang memungkinkan sintesis berbagai peptida aktif secara biologis (hingga 44-mer), disertai penghematan bahan dan waktu reaksi yang signifikan. Mereka menunjukkan bahwa ultrasonikasi tidak memperparah reaksi samping utama dan meningkatkan sintesis peptida yang memiliki “urutan yang sulit”, menempatkan sintesis peptida fase padat yang dipromosikan secara ultrasonik (US-SPPS) di antara strategi sintetis peptida efisien tinggi saat ini.
Ketersediaan sistem berkinerja tinggi untuk sintesis peptida ultrasonik (sonik) memungkinkan peningkatan tingkat sintesis secara signifikan dan peningkatan kemurnian produk mentah. (lih. Wołczański et al., 2019)
Investigasi rasmisasi. Perbandingan spektrum NMR 1H yang signifikan dari model peptida yang disintesis secara manual menggunakan pendekatan klasik pada suhu bilik vs kaedah ultrasonik pada suhu tinggi. Pergeseran kimia dari His dan Cys α-proton dan gugus metilen Acm (panel kiri), proton ɣ-metil Val (panel kanan) menunjukkan bahwa sonikasi pada 70 °C tidak menyebabkan rasemisasi.
(Studi dan analisis: Wołczański et al., 2019)
Pembelahan Ultrasonik Peptida
Setelah sintesis peptida fase padat (SPPS), peptida yang disintesis harus dibelah dari resin polimer. Langkah ini juga dikenal sebagai deproteksi. Ketika pengocok umum dan ultrasonikasi untuk pembelahan peptida dari resin dibandingkan, metode pengocok membutuhkan sekitar 1 jam, sedangkan pembelahan ultrasonik dapat dilakukan dalam 15 hingga 20 menit. Pembelahan peptida ultrasonik dapat diterapkan pada pembelahan asam amino dan peptida yang dilindungi yang terkait dengan resin polistirena melalui ikatan ester benzilat.
Pembelahan ultrasonik peptida dari resin polistirena memberikan hasil peptida yang tinggi dalam kemurnian tinggi, tanpa rasemisasi, dalam prosedur yang cepat.
(studi dan grafik: ©Anuradha dan Ravindranath, 1995)
Reaktor yang diaduk secara ultrasonik untuk sintesis peptida yang ditingkatkan dan dipercepat. Gambar menunjukkan ultrasonicator UP200St dalam reaktor kaca yang diaduk.
Ultrasonicators Kinerja Tinggi untuk Sintesis Peptida
Hielscher Ultrasonics menawarkan berbagai solusi ultrasonik untuk sonikasi langsung dan tidak langsung. Prosesor ultrasonik yang kuat dan dapat dikontrol secara tepat memasok jumlah energi ultrasound yang tepat ke bejana reaksi. Apakah Anda menggunakan jarum suntik, tabung, pelat multi-sumur, atau reaktor kaca sebagai bejana sintesis, Hielscher Ultrasonics menawarkan ultrasonicator yang paling cocok untuk aplikasi peptida Anda.
- Peptida yang disesuaikan
- Produksi peptida skala besar
- Perpustakaan Peptida
Banyak sintesis peptida dilakukan dalam jarum suntik (misalnya, reaktor jarum suntik goreng). Agitator jarum suntik ultrasonik Hielscher mengsonikasi larutan peptida yang menggabungkan gelombang ultrasound melalui dinding jarum suntik ke dalam cairan. Agitator jarum suntik ultrasonik adalah salah satu solusi ultrasonik paling populer untuk sintesis peptida yang dibantu ultrasonik.
Cuphorn ultrasonik adalah alat yang cocok untuk sonikasi hingga 5 bejana reaktor, sedangkan VialTweeter dapat menampung hingga sepuluh tabung reaksi ditambah juga lima bejana yang lebih besar melalui aksesori penjepit.
Untuk jenis reaktor lain seperti reaktor fase padat Merrifield atau Kamysz, serta bejana dan reaktor berbahan polipropilena atau borosilikat lainnya, Hielscher menyediakan alat sonikasi untuk sonikasi tidak langsung maupun langsung dengan sistem pemasangan clamp-on atau flensa yang disesuaikan.
Tentu saja, reaktor kaca beraduk berukuran lebih besar, misalnya untuk sintesis fase larutan, dapat dengan mudah dilengkapi dengan probe ultrasonik (alias sonotrode atau tanduk ultrasonik) dalam berbagai ukuran.
- Berbagai jenis ultrasonicator
- untuk sonaikasi langsung dan tidak langsung
- Kontrol intensitas yang tepat
- Kontrol suhu yang tepat
- USG kontinu atau berdenyut
- Fitur cerdas, perangkat yang dapat diprogram
- Tersedia untuk volume apa pun
- skalabilitas linear
Untuk sintesis peptida fase padat pada pelat multi-sumur/mikrotiter, UIP400MTP merupakan perangkat yang ideal. Kavitasi ultrasonik disalurkan secara tidak langsung dan merata ke dalam berbagai sumur sampel untuk transfer massa dan reaksi sintesis yang optimal. Tonton video di bawah ini untuk melihat Sonicator pelat mikro UIP400MTP sedang beroperasi!
Hubungi Kami! / Tanya Kami!
Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizer ultrasonik berkinerja tinggi untuk aplikasi pencampuran, dispersi, emulsifikasi, dan ekstraksi pada skala laboratorium, percontohan, dan industri.
Fakta yang Perlu Diketahui tentang Sintesis Peptida Ultrasonik
Apa itu Peptida?
Peptida adalah senyawa di mana beberapa asam amino dihubungkan melalui ikatan amida, yang disebut ikatan peptida. Ketika terikat dalam struktur kompleks – Biasanya terdiri dari 50 atau lebih asam amino -, struktur peptida besar ini disebut protein. Peptida adalah blok bangunan penting kehidupan dan memenuhi banyak fungsi dalam tubuh.
Bagaimana Cara Kerja Sintesis Peptida?
Dalam kimia organik, biologi molekuler, dan ilmu kehidupan, sintesis peptida adalah proses memproduksi peptida. Peptida disintesis secara kimiawi melalui reaksi kondensasi gugus karboksil dari satu asam amino ke gugus amino asam amino lainnya. Strategi kelompok pelindung (juga kelompok pelindung) biasanya digunakan untuk menghindari reaksi samping yang tidak diinginkan dengan berbagai rantai samping asam amino.
Sintesis peptida kimia (in-vitro) paling sering dimulai dengan menggabungkan gugus karboksil dari asam amino yang masuk (C-terminus) ke N-terminus dari rantai peptida yang tumbuh. Bertentangan dengan sintesis C-to-N ini, biosintesis protein alami peptida panjang dalam organisme hidup terjadi dalam arah yang berlawanan. Ini berarti bahwa dalam biosintesis, N-terminus dari asam amino yang masuk terkait dengan C-terminus rantai protein (N-ke-C).
Sebagian besar protokol penelitian dan pengembangan untuk sintesis peptida didasarkan pada metode fase padat, sedangkan metode sintesis fase larutan dapat ditemukan dalam produksi peptida industri skala besar.
Bagaimana Kemajuan Terkini dalam Sintesis Peptida?
SUS-SPPS (SPPS Berkelanjutan dengan Bantuan Ultrasonografi) Telah terbukti bahwa metode ini dapat mempersingkat proses menjadi hanya dua langkah per siklus (langkah gabungan kopling/penutupan/penghilangan pelindung + pencucian tunggal), sehingga secara signifikan mengurangi konsumsi pelarut dan waktu. (lihat Mottola dkk., 2025)
TAPS dengan Bantuan Ultrasonik merupakan kombinasi yang sedang berkembang dan telah terbukti berhasil dalam sintesis total (misalnya, lipobactin), serta saat ini sedang dieksplorasi oleh perusahaan CDMO untuk produksi bahan baku farmasi (API).
Temukan keunggulan sintesis peptida TAGGING yang dibantu ultrasonik!
pemrosesan berkelanjutan sedang dikaji sebagai langkah peningkatan lebih lanjut – Platform sintesis satu wadah secara berkelanjutan yang dibantu oleh penanda sililasi telah dijelaskan.
Bidang ini sedang bergerak ke arah prinsip-prinsip kimia hijau, di mana ultrasonik dan TAPS sama-sama berkontribusi terhadap pengurangan penggunaan pelarut, penurunan takaran reagen, dan peningkatan keberlanjutan.
Literatur / Referensi
- 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 memproduksi homogenizer ultrasonik berkinerja tinggi dari laboratorium hingga ukuran industri.