Sintesis Peptida Fase Padat – Lebih Efisien dengan Sonikasi
Sintesis Peptida Fase Padat (SPPS) merupakan metode umum untuk sintesis peptida. Ultrasonikasi merupakan sarana yang andal untuk mengintensifkan sintesis peptida fase padat sehingga menghasilkan rendemen yang lebih tinggi, kemurnian yang lebih baik, tanpa rasemisasi, dan laju reaksi yang jauh lebih cepat. Hielscher Ultrasonics menawarkan berbagai solusi ultrasonik untuk sintesis, pemutusan, dan pelarutan peptida.
Sintesis Peptida Fase Padat Ultrasonik
Ultrasonikasi telah diterapkan secara luas sebagai metode intensifikasi dalam sintesis organik dan dikenal karena berbagai keunggulannya, seperti waktu reaksi yang jauh lebih singkat, rendemen yang lebih tinggi, produk samping yang lebih sedikit, inisiasi jalur reaksi yang tidak dapat dicapai dengan cara lain, dan/atau selektivitas yang lebih baik. Manfaat besar juga dapat diperoleh ketika sonikasi diterapkan pada reaksi sintesis peptida. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sintesis peptida berbantuan ultrasonik menghasilkan rendemen peptida yang dioptimalkan dengan kemurnian tinggi, tanpa rasemisasi, dalam waktu reaksi yang singkat.
- Rendemen peptida tinggi
- Sintesis jauh lebih cepat
- Kemurnian peptida lebih tinggi
- Tanpa rasemisasi
- Sintesis berbagai peptida secara paralel
- Dapat ditingkatkan skalanya hingga volume berapa pun
Cuphorn ultrasonik untuk sonikasi seragam pada beberapa bejana reaktor guna meningkatkan sintesis peptida.
Ilustrasi yang menunjukkan sintesis peptida fase padat Merrifield. Ultrasonikasi digunakan untuk mendorong dan meningkatkan reaksi sintesis serta untuk memutus ikatan peptida hasil sintesis dari resin.
Ilustrasi: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
| Studi | Peptida yang Diteliti | Waktu Reaksi (Klasik vs US-SPPS) | Kemurnian Produk Kasar (Klasik vs US-SPPS) | Rasemisasi dan Reaksi Samping | Temuan Utama |
|---|---|---|---|---|---|
| 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% | Tidak teramati pada Cys/His, bahkan pada 70°C | Sintesis ~7–12x lebih cepat; peningkatan kemurnian yang besar, terutama untuk sekuens yang rentan beragregasi seperti 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 (hanya US) | 73–84% → 72–82% (Pep1/Pep2) | Tidak diuji; tercatat sedikit penurunan kemurnian pada Pep2 | Waktu untuk Pep1 berkurang dengan faktor 14x; rendemen produk kasar meningkat secara signifikan. |
| Merlino et al. (2019) | Pentapeptida model, peptida hingga 44-mer, “sekuens sulit” (Aβ 1-42, ACP 65-74) | 60 min → 30 min (model) | 84% → 93% (model); jauh lebih tinggi daripada pemanasan termal (~45°C) | Tidak ada peningkatan signifikan pada enantiomer Cys/His | Sangat efektif untuk sekuens yang sulit/rentan beragregasi; memungkinkan pengurangan kelebihan reagen sambil mempertahankan kemurnian tinggi. |
Sintesis Peptida Fase Padat yang Ditingkatkan dengan Ultrasonik
Sintesis Peptida Fase Padat (SPPS) merupakan reaksi kimia yang memungkinkan perakitan rantai peptida melalui reaksi berurutan turunan asam amino pada penyangga berpori yang tidak larut. Namun, sintesis peptida fase padat tradisional merupakan proses yang relatif tidak efisien dan lambat. Oleh karena itu, intensifikasi sintesis peptida dengan ultrasonik sangat dihargai sebagai sarana untuk sintesis peptida yang lebih efektif dan cepat.
Silva et al. (2021) membandingkan sintesis peptida fase padat (SPPS) berbasis fluorenilmetoksikarbonil (Fmoc) “klasik” dengan SPPS berbantuan ultrasonik (US) berdasarkan pembuatan tiga peptida, yaitu peptida Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) yang spesifik terhadap reseptor faktor pertumbuhan fibroblas 3(FGFR3), serta peptida baru Pep2 (RQMATADEA-NH2) dan Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
SPPS berbantuan US mengurangi waktu perakitan peptida dengan faktor 14 (Pep1) dan 4 (Pep2) dibandingkan metode “klasik”. Menariknya, SPPS berbantuan ultrasonik menghasilkan Pep1 dengan kemurnian lebih tinggi (82%) daripada SPPS “klasik” (73%). Pengurangan waktu yang signifikan, disertai kemurnian peptida kasar yang tinggi, mendorong tim peneliti untuk menerapkan SPPS berbantuan US pada peptida besar Pep3, yang memiliki banyak asam amino hidrofobik dan sekuens homooligomerik. Hebatnya, sintesis peptida 25-mer ini berhasil diselesaikan dalam waktu kurang dari 6 jam (347 min) dengan kemurnian sedang (sekitar 49%).
Sintesis peptida yang lebih cepat melalui sintesis peptida fase padat menggunakan agitasi ultrasonik.
(Studi dan analisis: Wołczański et al., 2019)
Merlino et al. (2019) juga melakukan studi menyeluruh mengenai efek ultrasonik pada sintesis peptida fase padat berbasis Fmoc, yang memungkinkan sintesis berbagai peptida aktif secara biologis (hingga 44-mer), dengan penghematan bahan dan waktu reaksi yang sangat besar. Mereka menunjukkan bahwa ultrasonikasi tidak memperparah reaksi samping utama dan meningkatkan sintesis peptida dengan “sekuens sulit”, sehingga menempatkan sintesis peptida fase padat yang dipromosikan secara ultrasonik (US-SPPS) di antara strategi sintesis peptida berefisiensi tinggi saat ini.
Ketersediaan sistem berkinerja tinggi untuk sintesis peptida secara ultrasonik (sonik) memungkinkan peningkatan laju sintesis secara signifikan serta peningkatan kemurnian produk kasar. (bandingkan Wołczański et al., 2019)
Penyelidikan rasemisasi. Perbandingan spektrum 1H NMR yang relevan dari peptida model yang disintesis secara manual menggunakan pendekatan klasik pada suhu ruang dengan metode ultrasonik pada suhu lebih tinggi. Pergeseran kimia proton α His dan Cys serta gugus metilena Acm (panel kiri), dan proton ɣ-metil Val (panel kanan) menunjukkan bahwa sonikasi pada 70°C tidak menyebabkan rasemisasi.
(Studi dan analisis: Wołczański et al., 2019)
Pemutusan Peptida secara Ultrasonik
Setelah sintesis peptida fase padat (SPPS), ikatan peptida hasil sintesis dengan resin polimer harus diputus. Tahap ini juga dikenal sebagai deproteksi. Jika pengocokan biasa dan ultrasonikasi untuk pemutusan peptida dari resin dibandingkan, metode pengocokan memerlukan sekitar 1 jam, sedangkan pemutusan secara ultrasonik dapat diselesaikan dalam 15 hingga 20 min. Pemutusan peptida secara ultrasonik dapat diterapkan untuk melepaskan asam amino dan peptida terproteksi yang terikat pada resin polistirena melalui ikatan ester benzilik.
Pemutusan peptida dari resin polistirena secara ultrasonik menghasilkan rendemen peptida yang tinggi dengan kemurnian tinggi, tanpa rasemisasi, melalui prosedur yang cepat.
(studi dan ilustrasi: ©Anuradha dan Ravindranath, 1995)
Reaktor dengan agitasi ultrasonik untuk meningkatkan dan mempercepat sintesis peptida. Gambar menunjukkan ultrasonikator UP200St dalam reaktor kaca berpengaduk.
Ultrasonikator Berkinerja Tinggi untuk Sintesis Peptida
Hielscher Ultrasonics menawarkan berbagai solusi ultrasonik untuk sonikasi langsung dan tidak langsung. Prosesor ultrasonik yang bertenaga dan dapat dikendalikan secara presisi memasok energi ultrasonik dalam jumlah yang tepat ke bejana reaksi. Baik Anda menggunakan spuit, tabung, pelat multisumur, maupun reaktor kaca sebagai bejana sintesis, Hielscher Ultrasonics menawarkan ultrasonikator yang paling sesuai untuk aplikasi peptida Anda.
- peptida yang disesuaikan dengan kebutuhan
- produksi peptida skala besar
- pustaka peptida
Banyak sintesis peptida dilakukan dalam spuit (misalnya, reaktor spuit dengan frit). Agitator spuit ultrasonik Hielscher melakukan sonikasi pada larutan peptida dengan mengopel gelombang ultrasonik melalui dinding spuit ke dalam cairan. Agitator spuit ultrasonik merupakan salah satu solusi ultrasonik paling populer untuk sintesis peptida berbantuan ultrasonik.
Cuphorn ultrasonik merupakan alat yang sesuai untuk melakukan sonikasi pada hingga 5 bejana reaktor, sedangkan VialTweeter dapat menampung hingga sepuluh tabung reaksi ditambah lima bejana yang lebih besar melalui aksesori penjepit.
Untuk jenis reaktor lain, seperti reaktor fase padat Merrifield atau Kamysz serta bejana dan reaktor polipropilena atau borosilikat lainnya, Hielscher menawarkan sonikator untuk sonikasi tidak langsung dan langsung dengan dudukan penjepit atau flensa yang disesuaikan dengan kebutuhan.
Tentu saja, reaktor kaca berpengaduk yang lebih besar, misalnya untuk sintesis fase larutan, dapat dengan mudah dilengkapi probe ultrasonik (juga dikenal sebagai sonotrode atau horn ultrasonik) dengan ukuran berapa pun.
- berbagai jenis ultrasonikator
- sonikasi langsung dan tidak langsung
- kontrol intensitas yang presisi
- kontrol suhu yang presisi
- ultrasonik kontinu atau berpulsa
- fitur cerdas, perangkat yang dapat diprogram
- tersedia untuk volume berapa pun
- skalabilitas linear
Untuk sintesis peptida fase padat dalam pelat multisumur/mikrotiter, UIP400MTP merupakan perangkat yang ideal. Kavitasi ultrasonik dikopel secara tidak langsung dan seragam ke banyak sumur sampel untuk menghasilkan transfer massa dan reaksi sintesis yang unggul. Tonton video di bawah ini untuk melihat sonikator mikroplat UIP400MTP beraksi!
Hubungi Kami! / Tanyakan kepada Kami!
Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizer ultrasonik berkinerja tinggi untuk aplikasi pencampuran, dispersi, emulsifikasi, dan ekstraksi pada skala laboratorium, pilot, dan industri.
Fakta yang Perlu Diketahui tentang Sintesis Peptida Ultrasonik
Apa Itu Peptida?
Peptida merupakan senyawa yang terdiri dari beberapa asam amino yang terhubung melalui ikatan amida, yang disebut ikatan peptida. Ketika terikat dalam struktur kompleks – biasanya terdiri dari 50 asam amino atau lebih – struktur peptida besar ini disebut protein. Peptida merupakan komponen penyusun esensial kehidupan dan menjalankan berbagai fungsi dalam tubuh.
Bagaimana Sintesis Peptida Bekerja?
Dalam kimia organik, biologi molekuler, dan ilmu hayati, sintesis peptida merupakan proses pembuatan peptida. Peptida disintesis secara kimia melalui reaksi kondensasi antara gugus karboksil suatu asam amino dan gugus amino asam amino lainnya. Strategi gugus pelindung (juga disebut gugus proteksi) biasanya digunakan untuk menghindari reaksi samping yang tidak diinginkan dengan berbagai rantai samping asam amino.
Sintesis peptida secara kimia (in-vitro) paling sering dimulai dengan mengopel gugus karboksil asam amino yang masuk (C-terminus) ke N-terminus rantai peptida yang sedang tumbuh. Berlawanan dengan sintesis dari C ke N ini, biosintesis protein alami berupa peptida panjang dalam organisme hidup berlangsung dengan arah sebaliknya. Artinya, dalam biosintesis, N-terminus asam amino yang masuk dihubungkan ke 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 Perkembangan Teknologi Terkini dalam Sintesis Peptida?
SUS-SPPS (SPPS Berbantuan Ultrasonik yang Berkelanjutan) telah terbukti mengurangi proses menjadi hanya dua tahap per siklus (penggabungan kopling/penutupan ujung/deproteksi + satu kali pencucian), sehingga mengurangi konsumsi pelarut dan waktu secara signifikan. (bandingkan Mottola et al., 2025)
TAPS berbantuan ultrasonik merupakan kombinasi yang sedang berkembang dengan keberhasilan yang telah ditunjukkan dalam sintesis total (misalnya, lipobactin) dan sedang dieksplorasi oleh CDMO untuk pembuatan API.
Temukan keunggulan sintesis peptida TAGGING berbantuan ultrasonik!
Pemrosesan kontinu sedang dieksplorasi sebagai peningkatan lebih lanjut – platform sintesis kontinu satu bejana berbantuan tag tersililasi telah dideskripsikan.
Bidang ini bergerak menuju prinsip kimia hijau, dengan ultrasonik dan TAPS sama-sama berkontribusi pada pengurangan penggunaan pelarut, pengurangan jumlah 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 mulai dari ukuran laboratorium hingga industri.