Synteza peptydów stała się wydajna dzięki sonikacji
Synteza peptydów w fazie stałej (SPPS) jest powszechną metodą syntezy peptydów. Ultradźwięki są niezawodnym narzędziem do intensyfikacji syntezy peptydów w fazie stałej, co skutkuje wyższą wydajnością, lepszą czystością, brakiem racemizacji i znacznie przyspieszoną szybkością reakcji. Hielscher Ultrasonics oferuje różne rozwiązania ultradźwiękowe do syntezy peptydów, rozszczepiania i rozpuszczania.
Ultradźwiękowa synteza peptydów
Ultradźwięki są już szeroko stosowane jako metoda intensyfikacji w syntezie organicznej i są dobrze znane ze swoich zalet, takich jak drastycznie skrócone czasy reakcji, wyższe wydajności, mniej produktów ubocznych, inicjacja ścieżek, których nie można osiągnąć w inny sposób, i / lub lepsza selektywność. Duże korzyści można również uzyskać, gdy sonikacja jest połączona z reakcjami syntezy peptydów. Wyniki badań wykazały, że ultradźwiękowo wspomagana synteza peptydów osiąga zoptymalizowaną wydajność peptydów o wysokiej czystości, bez racemizacji w krótkim czasie reakcji.
- Wysoka wydajność peptydów
- Znacznie szybsza synteza
- Wyższa czystość peptydów
- Brak racemizacji
- Równoległa synteza różnych peptydów
- Liniowa skalowalność do dowolnej objętości
Ultradźwiękowy cuphorn do równomiernej sonikacji kilku naczyń reaktora w celu poprawy syntezy peptydów.
Grafika przedstawiająca syntezę peptydów w fazie stałej Merrifield. Ultradźwięki są wykorzystywane do promowania i wzmacniania reakcji syntezy, jak również do rozszczepiania zsyntetyzowanych peptydów z żywicy.
Grafika: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
Synteza peptydów w fazie stałej ulepszona za pomocą ultradźwięków
Synteza peptydów w fazie stałej (SPPS) to reakcja chemiczna, która umożliwia montaż łańcucha peptydowego poprzez kolejne reakcje pochodnych aminokwasów na nierozpuszczalnym porowatym podłożu. Jednak tradycyjna synteza peptydów w fazie stałej jest stosunkowo nieefektywnym i powolnym procesem. Dlatego ultradźwiękowa intensyfikacja syntezy peptydów jest wysoko cenionym narzędziem do bardziej wydajnej i szybkiej syntezy peptydów.
Silva i in. (2021) porównali "klasyczną" fluorenylometoksykarbonylową (Fmoc) syntezę peptydów w fazie stałej (SPPS) z SPPS wspomaganą ultradźwiękami (US) w oparciu o przygotowanie trzech peptydów, a mianowicie peptydu Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) specyficznego dla receptora czynnika wzrostu fibroblastów 3 (FGFR3) oraz nowych peptydów Pep2 (RQMATADEA-NH2) i Pep3 (AAVALLPAVLALLAPRQMATADEA-NH2).
SPPS wspomagany ultradźwiękami doprowadził do 14-krotnego (Pep1) i 4-krotnego skrócenia czasu (Pep2) montażu peptydu w porównaniu z "klasyczną" metodą. Co ciekawe, SPPS wspomagany ultradźwiękami dał Pep1 o wyższej czystości (82%) niż "klasyczny" SPPS (73%). Znaczne skrócenie czasu w połączeniu z wysoką czystością surowego peptydu skłoniło zespół badawczy do zastosowania SPPS wspomaganego ultradźwiękami do dużego peptydu Pep3, który wykazuje dużą liczbę aminokwasów hydrofobowych i sekwencji homooligo. Co ciekawe, synteza tego 25-merowego peptydu została osiągnięta w czasie krótszym niż 6 godzin (347 min) przy umiarkowanej czystości (ok. 49%).
Szybsza synteza peptydów poprzez syntezę peptydów w fazie stałej przy użyciu mieszania ultradźwiękowego.
(Badanie i analiza: Wołczański i in., 2019)
Merlino et al. (2019) przeprowadzili również kompleksowe badanie wpływu ultradźwięków na syntezę peptydów w fazie stałej opartą na Fmoc, co pozwoliło na syntezę różnych biologicznie aktywnych peptydów (do 44 merów), przy znacznych oszczędnościach materiału i czasu reakcji. Wykazali, że ultradźwięki nie zaostrzają głównych reakcji ubocznych i poprawiły syntezę peptydów obdarzonych “trudne sekwencje”Umieszczając ultradźwiękowo promowaną syntezę peptydów w fazie stałej (US-SPPS) wśród obecnych wysokowydajnych strategii syntezy peptydów.
Dostępność wysokowydajnych systemów do ultradźwiękowej (sonicznej) syntezy peptydów pozwala na znaczną poprawę szybkości syntezy i zwiększenie czystości surowych produktów. (por. Wołczański i in., 2019)
Badanie zjawiska racemizacji. Porównanie istotnych widm 1H NMR modelowych peptydów syntetyzowanych ręcznie metodą klasyczną w temperaturze pokojowej z metodą ultradźwiękową w podwyższonej temperaturze. Przesunięcia chemiczne protonów His i Cys oraz grupy metylenowej Acm (lewe panele), protonów ɣ-metylowych Val (prawe panele) pokazują, że sonikacja w temperaturze 70°C nie powoduje racemizacji.
(Badanie i analiza: Wołczański i in., 2019)
Ultradźwiękowe rozszczepianie peptydów
Po syntezie peptydów w fazie stałej (SPPS), zsyntetyzowane peptydy muszą zostać oddzielone od żywic polimerowych. Ten etap jest również znany jako deprotekcja. Gdy porównuje się zwykłe wytrząsanie i ultradźwięki do rozszczepiania peptydów z żywicy, metoda wytrząsania wymaga ok. 1 godziny, podczas gdy rozszczepianie ultradźwiękowe można wykonać w ciągu 15 do 20 minut. Ultradźwiękowe rozszczepianie peptydów może być stosowane do rozszczepiania chronionych aminokwasów i peptydów połączonych z żywicami polistyrenowymi za pomocą wiązań estrów benzylowych.
Ultradźwiękowe cięcie peptydów z żywicy polistyrenowej daje wysoką wydajność peptydów o wysokiej czystości, bez racemizacji, w ramach szybkiej procedury.
(opracowanie i grafika: ©Anuradha i Ravindranath, 1995)
Ultradźwiękowo mieszany reaktor do ulepszonej i przyspieszonej syntezy peptydów. Zdjęcie przedstawia ultrasonicator UP200St w szklanym reaktorze z mieszadłem.
Hielscher Ultrasonics oferuje różne rozwiązania ultradźwiękowe do bezpośredniej i pośredniej sonikacji. Wydajne i precyzyjnie sterowane procesory ultradźwiękowe dostarczają dokładnie odpowiednią ilość energii ultradźwiękowej do naczynia reakcyjnego. Niezależnie od tego, czy używasz strzykawek, rurek, płytek wielodołkowych czy szklanych reaktorów jako naczynia do syntezy, Hielscher Ultrasonics oferuje najbardziej odpowiedni ultrasonicator do aplikacji peptydowej.
- niestandardowe peptydy
- Produkcja peptydów na dużą skalę
- biblioteki peptydów
Wiele syntez peptydów przeprowadza się w strzykawkach (np. w reaktorach strzykawkowych). Ultradźwiękowe mieszadło strzykawkowe Hielschera sonizuje roztwór peptydu, łącząc fale ultradźwiękowe przez ściankę strzykawki z cieczą. Ultradźwiękowe mieszadło strzykawkowe jest jednym z najpopularniejszych rozwiązań ultradźwiękowych do wspomaganej ultradźwiękami syntezy peptydów.
Ultradźwiękowy cuphorn jest odpowiednim narzędziem do sonikacji do 5 naczyń reaktora, podczas gdy VialTweeter może pomieścić do dziesięciu probówek reakcyjnych plus dodatkowo pięć większych naczyń za pomocą zacisku.
W przypadku innych typów reaktorów, takich jak reaktor fazy stałej Merrifield lub Kamysz oraz inne naczynia / reaktory z polipropylenu lub borokrzemianu, firma Hielscher oferuje niestandardowe systemy ultradźwiękowe z zaciskiem do sonikacji pośredniej.
UIP400MTP jest idealnym urządzeniem do syntezy peptydów w fazie stałej w płytkach wielodołkowych/mikrotitracyjnych. Kawitacja ultradźwiękowa jest pośrednio sprzężona równomiernie z licznymi studzienkami na próbki, co zapewnia doskonały transfer masy i reakcję syntezy. Obejrzyj poniższy film, aby zobaczyć UIP400MTP w akcji!
Oczywiście większe szklane reaktory strirred, np. do syntezy w fazie roztworu, mogą być łatwo wyposażone w sondy ultradźwiękowe (znane również jako sonotrody lub rogi ultradźwiękowe) o dowolnej wielkości.
- różne typy ultradźwiękowców
- Bezpośrednia i pośrednia sonikacja
- Precyzyjna kontrola intensywności
- Precyzyjna kontrola temperatury
- ultradźwięki ciągłe lub impulsowe
- inteligentne funkcje, programowalne urządzenia
- dostępne dla dowolnego wolumenu
- liniowa skalowalność
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do mieszania, dyspersji, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.
Literatura / Referencje
- 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.
Fakty, które warto znać
peptydy
Peptydy to związki, w których wiele aminokwasów jest połączonych wiązaniami amidowymi, tak zwanymi wiązaniami peptydowymi. Gdy są związane w złożonych strukturach – Te duże struktury peptydowe, składające się zazwyczaj z 50 lub więcej aminokwasów, nazywane są białkami. Peptydy są niezbędnym budulcem życia i pełnią liczne funkcje w organizmie.
synteza peptydów
W chemii organicznej, biologii molekularnej i naukach przyrodniczych synteza peptydów jest procesem wytwarzania peptydów. Peptydy są syntetyzowane chemicznie poprzez reakcję kondensacji grupy karboksylowej jednego aminokwasu z grupą aminową innego aminokwasu. Aby uniknąć niepożądanych reakcji ubocznych z różnymi łańcuchami bocznymi aminokwasów, zwykle stosuje się strategie grup ochronnych (również grup ochronnych).
Chemiczna synteza peptydów (in vitro) najczęściej rozpoczyna się od przyłączenia grupy karboksylowej przychodzącego aminokwasu (C-końca) do N-końca rosnącego łańcucha peptydowego. W przeciwieństwie do tej syntezy C-N, naturalna biosynteza białek długich peptydów w żywych organizmach zachodzi w przeciwnym kierunku. Oznacza to, że w biosyntezie N-koniec przychodzącego aminokwasu jest połączony z C-końcem łańcucha białkowego (N-to-C).
Większość protokołów badawczo-rozwojowych do syntezy peptydów opiera się na metodach fazy stałej, podczas gdy metody syntezy w fazie roztworu można znaleźć w przemysłowej produkcji peptydów na dużą skalę.
Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do rozmiar przemysłowy.