Efficiënte synthese van peptiden met Sonication
Vaste fase peptide synthese (SPPS) is de gangbare methode voor peptidesynthese. Ultrasoon is een betrouwbaar hulpmiddel om peptidesynthese in vaste fase te intensiveren, wat resulteert in hogere opbrengsten, verbeterde zuiverheid, geen racemisatie en een aanzienlijk versnelde reactiesnelheid. Hielscher Ultrasonics biedt diverse ultrasone oplossingen voor peptidesynthese, splitsing en oplossen.
Ultrasone Peptide Synthese
Ultrasoonbehandeling wordt reeds op grote schaal toegepast als intensiveringsmethode in de organische synthese en staat bekend om haar voordelen zoals drastisch verkorte reactietijden, hogere opbrengsten, minder bijproducten, het op gang brengen 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 peptidesynthesereacties. Onderzoeksresultaten hebben aangetoond dat met ultrasoon geassisteerde peptidesynthese binnen een korte reactietijd een optimale opbrengst van peptiden met een hoge zuiverheid, zonder racemisatie, wordt bereikt.
- Hoge opbrengst aan peptiden
- Aanzienlijk snellere synthese
- Hogere peptide zuiverheid
- Geen racemisatie
- Parallelle synthese van diverse peptiden
- Lineair schaalbaar naar elk volume
Ultrasone kophoorn voor de gelijkmatige sonicatie van verschillende reactorvaten voor een verbeterde peptidesynthese.
Grafische voorstelling van de Merrifield vaste fase peptidesynthese. Ultrasoonbehandeling wordt gebruikt om de synthesereactie te bevorderen en te versterken en om de gesynthetiseerde peptiden van de hars te scheiden.
Grafiek: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
Vaste fase peptide synthese 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 traag proces. Daarom is de ultrasone intensivering van peptidesynthese een hoog aangeschreven instrument voor een efficiëntere en snellere synthese van peptiden.
Silva et al. (2021) vergeleken "klassieke" fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc)-vaste fase peptidesynthese (SPPS) met ultrasone (US)-ondersteunde SPPS op basis van de bereiding van drie peptiden, namelijk het fibroblast-groeifactorreceptor 3 (FGFR3)-specifieke peptide Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) en de nieuwe peptiden Pep2 (RQMATADEA-NH2) en Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-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 de ruwe peptide bracht het onderzoeksteam ertoe SPPS met ultrageluid toe te passen op het grote peptide Pep3, dat een groot aantal hydrofobe aminozuren en homooligo-sequenties bevat. Opmerkelijk is dat de synthese van dit 25-mer peptide in minder dan 6 uur (347 min) met een matige zuiverheid (ca. 49%) werd bereikt.
Snellere peptidesynthese via vaste fase peptidesynthese met ultrasone agitatie.
(Studie en analyse: Wołczański et al., 2019)
Merlino et al. (2019) voerden ook een uitgebreide studie uit van de ultrasone effecten op Fmoc-gebaseerde vaste-fase peptidesynthese, die de synthese van verschillende biologisch actieve peptiden (tot 44-mer) mogelijk maakte, met een opmerkelijke besparing van materiaal en reactietijd. Zij toonden aan dat ultrasoon de voornaamste nevenreacties niet verergerde en de synthese verbeterde van peptiden begiftigd met “moeilijke opeenvolgingen”waarmee de ultrasoon-gestuurde peptidesynthese in vaste fase (US-SPPS) tot de huidige zeer efficiënte peptidesynthesestrategieën wordt gerekend.
De beschikbaarheid van krachtige systemen voor de ultrasone (sonische) synthese van peptiden maakt een aanzienlijk hogere synthesesnelheid en een grotere zuiverheid van de ruwe producten mogelijk. (cf. Wołczański et al., 2019)
Het onderzoek van 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) tonen aan dat sonicatie bij 70°C geen racemisatie veroorzaakt.
(Studie en analyse: Wołczański et al., 2019)
Ultrasone splitsing van peptiden
Na de synthese van peptiden in vaste fase (SPPS) moeten de gesynthetiseerde peptiden van de polymere harsen worden losgemaakt. Deze stap wordt ook wel deprotectie genoemd. Wanneer de gewone schudmethode en de ultrasone methode voor de splitsing van peptiden uit hars worden vergeleken, is voor de schudmethode ongeveer 1 uur nodig, terwijl ultrasone splitsing in 15 tot 20 min. kan worden bereikt. De ultrasone peptidesplitsing kan worden toegepast voor de splitsing van beschermde aminozuren en peptiden die via benzylische esterbindingen aan polystyreenharsen zijn gebonden.
Ultrasone splitsing van peptiden uit polystyreenhars geeft hoge opbrengsten 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 foto toont de ultrasoonapparaat UP200St in een geroerde glazen reactor.
Hielscher Ultrasonics biedt diverse ultrasoon oplossingen voor directe en indirecte sonicatie. Krachtige en nauwkeurig regelbare ultrasoonprocessoren leveren precies de juiste hoeveelheid ultrasone energie aan het reactievat. Of u nu injectiespuiten, buisjes, multi-well platen of glazen reactoren als syntheseschip gebruikt, Hielscher Ultrasonics biedt de meest geschikte ultrasoonprocessor voor uw peptidentoepassing.
- aangepaste peptiden
- grootschalige productie van peptiden
- peptidebibliotheken
Veel peptidesyntheses worden uitgevoerd in injectiespuiten (b.v. injectiespuitreactoren). Het Hielscher-ultrasone spuitagitator soniseert de peptideoplossing en koppelt de ultrasone golven door de spuitwand in de vloeistof. Het ultrasone spuitagitator is een van de meest populaire ultrasone oplossingen voor de ultrasoon ondersteunde synthese van peptiden.
De ultrasone cuphorn is een geschikt instrument om tot 5 reactorvaten te soniceren, terwijl de VialTweeter tot tien reageerbuisjes kan bevatten plus nog eens vijf grotere vaten via het 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 peptide synthese in multiwell / microtiterplaten is de UIP400MTP het ideale toestel. Ultrasone cavitatie wordt indirect uniform gekoppeld in de talrijke monsterputjes voor superieure massaoverdracht en synthesereactie. Bekijk de video hieronder om de UIP400MTP in actie!
Uiteraard kunnen grotere reactoren van strirred glas, b.v. voor synthese in de oplossingsfase, gemakkelijk worden uitgerust met ultrasone sondes (ook sonotrodes of ultrasone hoorns genoemd) van elke grootte.
- verschillende types ultrasoonapparaten
- 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 ons!
Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren voor mengtoepassingen, dispersie, emulsificatie 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.
Feiten die de moeite waard zijn om te weten
Peptiden
Peptiden zijn verbindingen waarbij meerdere aminozuren via amidebindingen aan elkaar zijn gebonden, de zogenaamde peptidebindingen. Wanneer gebonden in complexe structuren – Deze grote peptidestructuren, die meestal uit 50 of meer aminozuren bestaan, worden proteïnen genoemd. Peptiden zijn een essentiële bouwsteen van het leven en vervullen talrijke functies in het lichaam.
Peptide synthese
In de organische chemie, de moleculaire biologie en de biowetenschappen is peptidesynthese het proces waarbij peptiden worden vervaardigd. Peptiden worden chemisch gesynthetiseerd via een condensatiereactie van de carboxylgroep van een aminozuur aan de aminogroep van een ander aminozuur. Beschermende groepen (ook wel beschermende groepen genoemd) worden meestal gebruikt om ongewenste nevenreacties met de verschillende aminozuurzijketens te vermijden.
Chemische (in-vitro) peptidesynthese begint meestal met de koppeling 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 verloopt de natuurlijke biosynthese van lange peptiden in levende organismen in de omgekeerde richting. Dit betekent dat bij de biosynthese de N-terminus van het binnenkomende aminozuur wordt gekoppeld aan de C-terminus van de eiwitketen (N-to-C).
De meeste onderzoek- en ontwikkelingsprotocollen voor peptidesynthese zijn gebaseerd op vaste-fase methoden, terwijl bij de grootschalige industriële productie van peptiden synthesemethoden in de oplossingsfase worden gebruikt.
Hielscher Ultrasonics vervaardigt hoogwaardige ultrasone homogenisatoren van Laboratorium naar industrieel formaat.