Sintesi peptidica resa efficiente dalla sonicazione
La sintesi di peptidi in fase solida (SPPS) è il metodo comune per la sintesi di peptidi. L'ultrasuonazione è uno strumento affidabile per intensificare la sintesi di peptidi in fase solida, ottenendo rese più elevate, una maggiore purezza, l'assenza di racemizzazione e una velocità di reazione notevolmente accelerata. Hielscher Ultrasonics offre diverse soluzioni a ultrasuoni per la sintesi, la scissione e la dissoluzione dei peptidi.
Sintesi peptidica a ultrasuoni
L'ultrasonicazione è già ampiamente applicata come metodo di intensificazione nella sintesi organica ed è ben nota per i suoi vantaggi, come la drastica riduzione dei tempi di reazione, le rese più elevate, la riduzione dei sottoprodotti, l'avvio di percorsi che non potrebbero essere ottenuti in altri modi e/o una migliore selettività. Grandi vantaggi si ottengono anche quando la sonicazione viene associata alle reazioni di sintesi peptidica. I risultati della ricerca hanno dimostrato che la sintesi peptidica assistita da ultrasuoni consente di ottenere una resa ottimizzata di peptidi con elevata purezza, senza racemizzazione in tempi di reazione brevi.
- Elevata resa di peptidi
- Sintesi significativamente più veloce
- Maggiore purezza dei peptidi
- Nessuna racemizzazione
- Sintesi parallela di vari peptidi
- Scalabile in modo lineare a qualsiasi volume
Coppella a ultrasuoni per la sonicazione uniforme di diversi recipienti del reattore per una migliore sintesi dei peptidi.
Grafico che illustra la sintesi di peptidi in fase solida Merrifield. Gli ultrasuoni vengono utilizzati per promuovere e potenziare la reazione di sintesi e per scindere i peptidi sintetizzati dalla resina.
Grafico: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
Sintesi di peptidi in fase solida migliorata con gli ultrasuoni
La sintesi di peptidi in fase solida (SPPS) è una reazione chimica che permette di assemblare una catena peptidica attraverso reazioni successive di derivati di amminoacidi su un supporto poroso insolubile. Tuttavia, la tradizionale sintesi di peptidi in fase solida è un processo relativamente inefficiente e lento. Pertanto, l'intensificazione a ultrasuoni della sintesi peptidica è uno strumento molto apprezzato per una sintesi più efficace e rapida dei peptidi.
Silva et al. (2021) hanno confrontato la "classica" sintesi di peptidi in fase solida (SPPS) con la SPPS assistita da ultrasuoni (US) per la preparazione di tre peptidi, il peptide Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) specifico per il recettore del fattore di crescita dei fibroblasti 3 (FGFR3) e i nuovi peptidi Pep2 (RQMATADEA-NH2) e Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
La SPPS assistita dagli USA ha portato a una riduzione dei tempi di assemblaggio dei peptidi di 14 volte (Pep1) e 4 volte (Pep2) rispetto al metodo "classico". È interessante notare che la SPPS assistita da ultrasuoni ha prodotto Pep1 con una purezza superiore (82%) rispetto alla SPPS "classica" (73%). La significativa riduzione dei tempi, combinata con l'elevata purezza del peptide grezzo, ha spinto il team di ricerca ad applicare la SPPS assistita da ultrasuoni al Pep3, un peptide di grandi dimensioni che presenta un elevato numero di amminoacidi idrofobici e sequenze omooligo. La sintesi di questo peptide a 25 meri è stata ottenuta in meno di 6 ore (347 minuti) con una purezza moderata (circa il 49%).
Sintesi di peptidi più veloce attraverso la sintesi di peptidi in fase solida con agitazione a ultrasuoni.
(Studio e analisi: Wołczański et al., 2019)
Anche Merlino et al. (2019) hanno condotto uno studio completo degli effetti degli ultrasuoni sulla sintesi di peptidi in fase solida a base di Fmoc, che ha permesso la sintesi di diversi peptidi biologicamente attivi (fino a 44-mer), con un notevole risparmio di materiale e di tempo di reazione. Hanno dimostrato che gli ultrasuoni non esacerbano le principali reazioni collaterali e migliorano la sintesi di peptidi dotati di “sequenze difficili”, collocando la sintesi di peptidi in fase solida promossa dagli ultrasuoni (US-SPPS) tra le attuali strategie di sintesi di peptidi ad alta efficienza.
La disponibilità di sistemi ad alte prestazioni per la sintesi ultrasonica (sonica) di peptidi consente di migliorare notevolmente i tassi di sintesi e di aumentare la purezza dei prodotti grezzi. (cfr. Wołczański et al., 2019)
L'indagine sulla racemizzazione. Confronto tra gli spettri 1H NMR significativi di peptidi modello sintetizzati manualmente con l'approccio classico a temperatura ambiente rispetto al metodo a ultrasuoni a temperatura elevata. Gli spostamenti chimici dei protoni α di His e Cys e del gruppo metilenico di Acm (pannelli di sinistra), dei protoni ɣ-metilici di Val (pannelli di destra) mostrano che la sonicazione a 70°C non causa racemizzazione.
(Studio e analisi: Wołczański et al., 2019)
Scissione ultrasonica dei peptidi
Dopo la sintesi di peptidi in fase solida (SPPS), i peptidi sintetizzati devono essere scissi dalle resine polimeriche. Questa fase è nota anche come deprotezione. Se si confrontano i metodi di agitazione e di ultrasuoni per la scissione dei peptidi dalla resina, il metodo di agitazione richiede circa 1 ora, mentre la scissione a ultrasuoni può essere effettuata in 15-20 minuti. La scissione peptidica a ultrasuoni può essere applicata alla scissione di aminoacidi protetti e di peptidi legati a resine di polistirene attraverso legami estere benzilici.
La scissione a ultrasuoni dei peptidi dalla resina di polistirene fornisce rese elevate di peptidi in elevata purezza, senza racemizzazione, con una procedura rapida.
(studio e grafica: ©Anuradha e Ravindranath, 1995)
Reattore agitato a ultrasuoni per una sintesi peptidica migliorata e accelerata. L'immagine mostra il ultrasuonatore UP200St in un reattore di vetro agitato.
Hielscher Ultrasonics offre diverse soluzioni a ultrasuoni per la sonicazione diretta e indiretta. I processori a ultrasuoni, potenti e controllabili con precisione, forniscono esattamente la giusta quantità di energia a ultrasuoni al recipiente di reazione. Sia che si utilizzino siringhe, provette, piastre a pozzetti multipli o reattori in vetro come recipiente di sintesi, Hielscher Ultrasonics offre l'ultrasuonatore più adatto per la vostra applicazione peptidica.
- peptidi personalizzati
- produzione di peptidi su larga scala
- librerie di peptidi
Molte sintesi peptidiche vengono eseguite in siringhe (ad esempio, reattori a siringa fritta). L'agitatore a ultrasuoni per siringhe di Hielscher sonorizza la soluzione peptidica accoppiando le onde ultrasonore attraverso la parete della siringa nel liquido. L'agitatore a siringa a ultrasuoni è una delle soluzioni a ultrasuoni più diffuse per la sintesi di peptidi assistita da ultrasuoni.
Il corno a tazza a ultrasuoni è uno strumento adatto a sonicare fino a 5 recipienti del reattore, mentre il VialTweeter può contenere fino a dieci provette di reazione e in aggiunta cinque recipienti più grandi tramite un accessorio a morsetto.
Per altri tipi di reattori, come il reattore in fase solida Merrifield o Kamysz e altri recipienti/reattori in polipropilene o borosilicato, Hielscher offre sistemi ultrasonici clamp-on personalizzati per la sonicazione indiretta.
Per la sintesi di peptidi in fase solida in piastre multipozzetto/microtiter, UIP400MTP è il dispositivo ideale. La cavitazione a ultrasuoni viene accoppiata indirettamente in modo uniforme nei numerosi pozzetti dei campioni per un trasferimento di massa e una reazione di sintesi superiori. Guardate il video qui sotto per vedere il UIP400MTP in azione!
Naturalmente, i reattori in vetro striato più grandi, ad esempio per la sintesi in fase solubile, possono essere facilmente equipaggiati con sonde a ultrasuoni (anche dette sonotrodi o corna a ultrasuoni) di qualsiasi dimensione.
- vari tipi di ultrasuoni
- sonicazione diretta e indiretta
- controllo preciso dell'intensità
- controllo preciso della temperatura
- ultrasuoni continui o pulsati
- funzioni intelligenti, dispositivi programmabili
- Disponibile per qualsiasi volume
- Scalabilità lineare
Contattateci! / Chiedi a noi!
Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsione ed estrazione su scala di laboratorio, pilota e industriale.
Letteratura / Riferimenti
- 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.
Particolarità / Cose da sapere
peptidi
I peptidi sono composti in cui più amminoacidi sono legati da legami ammidici, i cosiddetti legami peptidici. Quando sono legati in strutture complesse – Queste grandi strutture peptidiche, tipicamente composte da 50 o più aminoacidi, sono definite proteine. I peptidi sono un elemento essenziale della vita e svolgono numerose funzioni nell'organismo.
sintesi peptidica
In chimica organica, biologia molecolare e scienze biologiche, la sintesi peptidica è il processo di produzione dei peptidi. I peptidi sono sintetizzati chimicamente attraverso la reazione di condensazione del gruppo carbossilico di un amminoacido con il gruppo amminico di un altro amminoacido. Per evitare reazioni collaterali indesiderate con le varie catene laterali degli amminoacidi si utilizzano solitamente strategie di gruppi di protezione (anche gruppi protettivi).
La sintesi chimica (in vitro) dei peptidi inizia il più delle volte con l'accoppiamento del gruppo carbossilico dell'amminoacido in ingresso (C-terminus) all'N-terminus della catena peptidica in crescita. Al contrario di questa sintesi da C a N, la biosintesi naturale di peptidi lunghi negli organismi viventi avviene in direzione opposta. Ciò significa che nella biosintesi l'N-terminale dell'amminoacido in entrata è collegato al C-terminale della catena proteica (N-to-C).
La maggior parte dei protocolli di ricerca e sviluppo per la sintesi dei peptidi si basa su metodi in fase solida, mentre i metodi di sintesi in fase solutiva sono presenti nella produzione industriale di peptidi su larga scala.
Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni da laboratorio a dimensioni industriali.