Peptidesynthese efficiënt gemaakt met Sonicatie
Solid Phase Peptide Synthesis (SPPS) is de gebruikelijke methode voor peptidesynthese. Ultrasoon is een betrouwbaar hulpmiddel om vaste fase peptidensynthese te intensiveren, wat resulteert in een hogere opbrengst, verbeterde zuiverheid, geen racemisatie en een aanzienlijk versnelde reactiesnelheid. Hielscher Ultrasonics biedt verschillende ultrasone oplossingen voor de synthese, splitsing en oplossing van peptiden.
Ultrasone peptidesynthese
Ultrasoontechniek wordt al op grote schaal toegepast als intensiveringsmethode in de organische synthese en staat bekend om zijn voordelen zoals drastisch kortere reactietijden, hogere opbrengsten, minder bijproducten, het initiëren van trajecten die niet op andere manieren kunnen worden bereikt en/of betere selectiviteit. Grote voordelen kunnen ook worden verkregen wanneer sonicatie wordt gekoppeld aan reacties voor de synthese van peptiden. Onderzoeksresultaten hebben aangetoond dat ultrasoon geassisteerde peptidesynthese een optimale opbrengst van peptiden met een hoge zuiverheid oplevert, zonder racemisatie binnen een korte reactietijd.
- Hoge peptideopbrengst
- Aanzienlijk snellere synthese
- Hogere zuiverheid van peptiden
- Geen racemisatie
- Parallelle synthese van verschillende peptiden
- Lineair schaalbaar tot elk volume
Ultrasone cuphorn voor de uniforme sonicatie van verschillende reactorvaten voor verbeterde peptidesynthese.
Grafische weergave van de Merrifield vaste fase peptidesynthese. Ultrasoon geluid wordt gebruikt om de synthesereactie te bevorderen en te verbeteren en om de gesynthetiseerde peptiden van de hars te scheiden.
Grafiek: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
Vaste fase peptidesynthese verbeterd met ultrageluid
Solid Phase Peptide Synthesis (SPPS) is een chemische reactie die de assemblage van een peptideketen mogelijk maakt door opeenvolgende reacties van aminozuurderivaten op een onoplosbare poreuze drager. De traditionele vaste-fase peptidesynthese is echter een relatief inefficiënt en langzaam proces. Daarom is ultrasone intensivering van peptidesynthese een zeer gewaardeerd hulpmiddel voor een efficiëntere en snellere synthese van peptiden.
Silva et al. (2021) vergeleken "klassieke" fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc)-solid phase peptidesynthese (SPPS) met ultrasone (US)-ondersteunde SPPS op basis van de bereiding van drie peptiden, namelijk het fibroblastgroeifactorreceptor 3(FGFR3)-specifieke peptide Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) en de nieuwe peptiden Pep2 (RQMATADEA-NH2) en Pep3 (AAVALLPAVLALLAPRQMATADEA-NH2).
SPPS met ultrageluid leidde tot een 14-voudige (Pep1) en 4-voudige tijdsreductie (Pep2) in peptide-assemblage vergeleken met de "klassieke" methode. Interessant is dat SPPS met ultrageluid een hogere zuiverheid (82%) van Pep1 opleverde dan de "klassieke" SPPS (73%). De aanzienlijke tijdsbesparing in combinatie met de hoge zuiverheid van het ruwe peptide zette het onderzoeksteam ertoe aan om SPPS met behulp van ultrageluid toe te passen op het grote peptide Pep3, dat een groot aantal hydrofobe aminozuren en homooligo-sequenties bevat. Opmerkelijk genoeg werd de synthese van dit 25-mer peptide bereikt binnen minder dan 6 uur (347 min) in een matige zuiverheid (ongeveer 49%).
Snellere peptidensynthese via vaste fase peptidensynthese met ultrasone agitatie.
(Studie en analyse: Wołczański et al., 2019)
Merlino et al. (2019) voerden ook een uitgebreid onderzoek uit naar de ultrasone effecten op Fmoc-gebaseerde vaste-fase peptidesynthese, waarmee verschillende biologisch actieve peptiden (tot 44-mer) konden worden gesynthetiseerd, met een opmerkelijke besparing van materiaal en reactietijd. Ze toonden aan dat ultrasoniction de belangrijkste nevenreacties niet verergerde en de synthese verbeterde van peptiden begiftigd met “moeilijke sequenties”Hiermee wordt de ultrasonisch-gestimuleerde vaste fase peptidesynthese (US-SPPS) een van de huidige zeer efficiënte peptidesynthesestrategieën.
De beschikbaarheid van krachtige systemen voor de ultrasone (sonische) synthese van peptiden maakt aanzienlijk verbeterde synthesesnelheden en een toename van de zuiverheid van ruwe producten mogelijk. (cf. Wołczański et al., 2019)
Het onderzoek naar racemisatie. Vergelijking van significante 1H NMR spectra van modellen peptiden handmatig gesynthetiseerd met behulp van de klassieke aanpak bij kamertemperatuur vs ultrasone methode bij verhoogde temperatuur. Chemische verschuivingen van His en Cys α-protonen en methyleengroep van Acm (linker panelen), ɣ-methylprotonen van Val (rechter panelen) laten zien dat sonicatie bij 70°C geen racemisatie veroorzaakt.
(Studie en analyse: Wołczański et al., 2019)
Ultrasone splitsing van peptiden
Na vaste-fase peptidesynthese (SPPS) moeten de gesynthetiseerde peptiden worden losgemaakt van de polymere harsen. Deze stap wordt ook wel deprotectie genoemd. Als de gebruikelijke schudmethode en ultrasone methode voor het klieven van peptiden uit hars worden vergeleken, dan vereist de schudmethode ongeveer 1 uur, terwijl ultrasone klaring in 15 tot 20 minuten kan worden uitgevoerd. De ultrasone peptide splitsing kan worden toegepast op de splitsing van beschermde aminozuren en peptiden die via benzylic ester bindingen aan polystyreenharsen zijn gekoppeld.
Ultrasone splitsing van peptiden uit polystyreenhars geeft een hoge opbrengst aan peptiden in hoge zuiverheid, zonder racemisatie, binnen een snelle procedure.
(studie en grafiek: ©Anuradha en Ravindranath, 1995)
Ultrasonisch geagiteerde reactor voor verbeterde en versnelde peptidesynthese. De afbeelding toont de ultrasoonapparaat UP200St in een geroerde glazen reactor.
Hielscher Ultrasonics biedt verschillende ultrasoonoplossingen voor directe en indirecte sonificatie. Krachtige en nauwkeurig regelbare ultrasoonprocessoren leveren precies de juiste hoeveelheid ultrasone energie aan het reactievat. Of u nu spuiten, buizen, multi-well platen of glazen reactoren gebruikt als synthesevat, Hielscher Ultrasonics biedt de meest geschikte ultrasoonprocessor voor uw peptidetoepassing.
- peptiden op maat
- grootschalige productie van peptiden
- peptide bibliotheken
Veel peptidesyntheses worden uitgevoerd in spuiten (bijv. reactoren met gekartelde spuiten). Hielscher's ultrasone spuitagitator soniseert de peptideoplossing door de ultrasone geluidsgolven door de wand van de spuit in de vloeistof te laten dringen. De ultrasone spuitroerder is een van de populairste ultrasone oplossingen voor de ultrasoon ondersteunde synthese van peptiden.
De ultrasone cuphorn is een geschikt instrument om maximaal 5 reactorvaten te sonificeren, terwijl de VialTweeter maximaal tien reageerbuizen kan bevatten plus nog eens vijf grotere vaten via clamp-on accessoire.
Voor andere reactortypes zoals de Merrifield of Kamysz vaste-fase reactor en andere polypropyleen of borosilicaat vaten / reactoren, biedt Hielscher op maat gemaakte clamp-on ultrasone systemen voor indirecte sonicatie.
Voor vaste fase peptidesynthese in multiwell/microtiterplaten is de UIP400MTP het ideale apparaat. Ultrasone cavitatie wordt indirect gelijkmatig gekoppeld in de vele monsterputjes voor superieure massaoverdracht en synthese-reactie. Bekijk de video hieronder om de UIP400MTP in actie!
Natuurlijk kunnen grotere strirred glasreactoren, bijvoorbeeld voor oplossingsfasesynthese, eenvoudig worden uitgerust met ultrasone sondes (ook wel sonotroden of ultrasone hoorns genoemd) van elk formaat.
- verschillende typen ultrasone apparaten
- directe en indirecte sonicatie
- nauwkeurige intensiteitsregeling
- nauwkeurige temperatuurregeling
- continu of gepulseerd ultrageluid
- slimme functies, programmeerbare apparaten
- beschikbaar voor elk volume
- lineaire schaalbaarheid
Neem contact met ons op! / Vraag het ons!
Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren voor mengtoepassingen, dispergeren, emulgeren en extractie op laboratorium-, pilot- en industriële schaal.
Literatuur / Referenties
- 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.
Wetenswaardigheden
peptiden
Peptiden zijn verbindingen waarbij meerdere aminozuren zijn gekoppeld via amidebindingen, zogenaamde peptidebindingen. Wanneer gebonden in complexe structuren – meestal bestaande uit 50 of meer aminozuren -, worden deze grote peptidestructuren eiwitten genoemd. Peptiden zijn een essentiële bouwsteen van het leven en vervullen talloze functies in het lichaam.
peptidesynthese
In de organische chemie, moleculaire biologie en biowetenschappen is peptidensynthese het proces om peptiden te produceren. Peptiden worden chemisch gesynthetiseerd via een condensatiereactie van de carboxylgroep van een aminozuur met de aminogroep van een ander aminozuur. Beschermende groepen (ook wel protective groups) strategieën worden meestal gebruikt om ongewenste nevenreacties met de verschillende aminozuur zijketens te voorkomen.
Chemische (in vitro) peptidesynthese begint meestal met het koppelen van de carboxylgroep van het binnenkomende aminozuur (C-terminus) aan de N-terminus van de groeiende peptideketen. In tegenstelling tot deze C-naar-N synthese, vindt de natuurlijke biosynthese van lange peptiden in levende organismen plaats in de tegenovergestelde richting. Dit betekent dat in de biosynthese de N-terminus van het inkomende aminozuur wordt gekoppeld aan de C-terminus van de eiwitketen (N-to-C).
De meeste onderzoeks- en ontwikkelingsprotocollen voor peptidensynthese zijn gebaseerd op vaste-fase methoden, terwijl oplossing-fase synthesemethoden te vinden zijn in grootschalige industriële productie van peptiden.
Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren van lab naar industrieel formaat.