Sinteza peptidelor în fază solidă – Mai eficient cu sonicația
Sinteza peptidelor în fază solidă (SPPS) este metoda comună pentru sinteza peptidelor. Ultrasonication este un instrument fiabil pentru intensificarea sintezei peptidice în fază solidă, rezultând randamente mai mari, puritate îmbunătățită, fără racemizare și viteză de reacție semnificativ accelerată. Hielscher Ultrasonics oferă diverse soluții cu ultrasunete pentru sinteza peptidelor, scindare și dizolvare.
Sinteza peptidelor în fază solidă prin ultrasunete
Ultrasonication este deja aplicat pe scară largă ca metodă de intensificare în sinteza organică și este bine cunoscut pentru avantajele sale, ar fi reducerea drastică a timpilor de reacție, randamente mai mari, mai puține produse secundare, inițierea de căi, care nu ar putea fi realizate în alte moduri, și / sau selectivitate mai bună. Beneficii mari pot fi, de asemenea, obținute, atunci când sonicare este cuplat în reacții de sinteză peptidică. Rezultatele cercetării au demonstrat că sinteza peptidelor asistată ultrasonically atinge un randament optimizat al peptidelor cu puritate ridicată, fără racemizare într-un timp scurt de reacție.
- Randamente peptidice ridicate
- Sinteză semnificativ mai rapidă
- Puritate peptidică mai mare
- Fără racemizare
- Sinteza paralelă a diferitelor peptide
- Adaptabil la orice volum
Cuphorn cu ultrasunete pentru sonicare uniformă a mai multor vase reactor pentru sinteza peptidică îmbunătățită.
Grafic care ilustrează sinteza peptidică în fază solidă după metoda Merrifield. Tratamentul cu ultrasunete este utilizat pentru a stimula și a intensifica reacția de sinteză, precum și pentru separarea peptidelor sintetizate de rășină.
Grafic: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
| Studiu | Peptida (peptidele) studiată (studiate) | Timpul de reacție (clasic vs US-SPPS) | Puritatea țițeiului (metoda clasică vs. US-SPPS) | Racemizarea și reacțiile secundare | Concluzii cheie |
|---|---|---|---|---|---|
| Wołczański și colab. (2019) | Met-encefalină, UB33-43-OCam, TAT48-60-NH2, B2m58-69-NH2, ACP65-74-NH2, β-endorfina | 600–1920 min → 48–284 min | 24,2–71,3 % → 60,6–89,9 % | Nu s-a observat nimic în cazul Cys/His, nici măcar la 70 °C | ~7–12 ori mai rapidă sinteză; îmbunătățiri semnificative ale purității, în special pentru secvențele predispuse la agregare, precum TAT. |
| Silva și colab. (2021) | Pep1 (12-mer), Pep2 (9-mer), Pep3 (25-mer) | >3515/365 min → ~250/85 min (Pep1/Pep2); Pep3: 347 min (numai în SUA) | 73–84 % → 72–82 % (Pep1/Pep2) | Nu a fost testat; s-a observat o ușoară scădere a purității în cazul Pep2 | Reducerea timpului de 14 ori pentru Pep1; randamentele brute au crescut semnificativ. |
| Merlino și colab. (2019) | Pentapeptide model, peptide cu până la 44 de meri, “Secvențe dificile” (Aβ 1-42, ACP 65-74) | 60 min → 30 min (model) | 84% → 93% (model); semnificativ mai ridicat decât încălzirea termică (~45 °C) | Nu s-a înregistrat o creștere semnificativă în cazul enantiomerilor Cys/His | Extrem de eficient pentru secvențe dificile sau predispuse la agregare; permite reducerea excesului de reactivi, menținând în același timp un grad ridicat de puritate. |
Sinteza peptidelor în fază solidă îmbunătățită cu ultrasunete
Sinteza peptidelor în fază solidă (SPPS) este o reacție chimică care permite asamblarea unui lanț peptidic prin reacții succesive ale derivaților de aminoacizi pe un suport poros insolubil. Cu toate acestea, sinteza tradițională a peptidelor în fază solidă este un proces relativ ineficient și lent. Prin urmare, intensificarea cu ultrasunete a sintezei peptidice este un instrument foarte apreciat pentru o sinteză mai eficace și mai rapidă a peptidelor.
Silva și colab. (2021) au comparat “clasic” sinteza peptidică în fază solidă (SPPS) cu fluorilenmetoxicarbonil (Fmoc), asistată de ultrasunete (US) bazată pe prepararea a trei peptide, și anume peptida Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) specifică receptorului 3 al factorului de creștere al fibroblastelor (FGFR3) și peptidele noi Pep2 (RQMATADEA-NH2) și Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
SPPS asistat de SUA a dus la o reducere de 14 ori (Pep1) și de 4 ori (Pep2) a timpului necesar pentru asamblarea peptidelor, comparativ cu “clasic” metodă. Este interesant faptul că SPPS asistată de ultrasunete a permis obținerea Pep1 cu o puritate mai mare (82%) decât cea a “clasic” SPPS (73%). Reducerea semnificativă a timpului, combinată cu puritatea ridicată a peptidei brute obținute, a determinat echipa de cercetare să aplice metoda SPPS asistată de ultrasunete în cazul peptidei de dimensiuni mari Pep3, care prezintă un număr mare de aminoacizi hidrofobi și homooligosecvențe. În mod remarcabil, sinteza acestei peptide de 25 de meri a fost realizată în mai puțin de 6 ore (347 min) la o puritate moderată (aprox. 49%).
Sinteza peptidică mai rapidă prin sinteza peptidelor în fază solidă folosind agitație cu ultrasunete.
(Studiu și analiză: Wołczański et al., 2019)
Merlino și colab. (2019) au realizat, de asemenea, un studiu cuprinzător privind efectele ultrasunetelor asupra sintezei peptidelor în fază solidă bazată pe Fmoc, care a permis sinteza unor peptide diferite cu activitate biologică (până la 44 de meri), cu o economie remarcabilă de material și timp de reacție. Aceștia au demonstrat că tratamentul cu ultrasunete nu a agravat principalele reacții secundare și a îmbunătățit sinteza peptidelor dotate cu “Secvențe dificile”, plasând sinteza peptidelor în fază solidă promovată ultrasonically (US-SPPS) printre strategiile actuale de sinteză peptidică de înaltă eficiență.
Disponibilitatea sistemelor de înaltă performanță pentru sinteza cu ultrasunete (sonică) a peptidelor permite îmbunătățirea semnificativă a ratelor de sinteză și creșterea purității produselor brute. (cf. Wołczański et al., 2019)
Investigarea racemizării. Compararea spectrelor RMN semnificative 1H ale modelelor de peptide sintetizate manual folosind abordarea clasică la temperatura camerei vs metoda cu ultrasunete la temperatură ridicată. Schimbările chimice ale lui și Cys α-protoni și grup metilen de Acm (panouri din stânga), protoni ɣ-metil de Val (panouri din dreapta) arată că sonicare la 70 ° C nu provoacă racemizare.
(Studiu și analiză: Wołczański et al., 2019)
Scindarea cu ultrasunete a peptidelor
După sinteza peptidelor în fază solidă (SPPS), peptidele sintetizate trebuie scindate din rășinile polimerice. Acest pas este, de asemenea, cunoscut sub numele de deprotecție. Atunci când se compară agitarea obișnuită și ultrasonication pentru scindarea peptidelor din rășină, metoda de agitare necesită aproximativ 1 oră, în timp ce scindarea cu ultrasunete poate fi realizată în 15 până la 20 de minute. Clivajul peptidic cu ultrasunete poate fi aplicat la scindarea aminoacizilor protejați și a peptidelor legate de rășinile de polistiren prin legături de ester benzilic.
Scindarea cu ultrasunete a peptidelor din rășină de polistiren oferă randamente ridicate de peptide în puritate ridicată, fără racemizare, în cadrul unei proceduri rapide.
(studiu și grafic: ©Anuradha și Ravindranath, 1995)
Ultrasonically agitat reactor pentru îmbunătățirea și accelerarea sintezei peptidelor. Imaginea arată ultrasonicator UP200St într-un reactor de sticlă agitată.
Ultrasonicators de înaltă performanță pentru sinteza peptidelor
Hielscher Ultrasonics oferă diverse soluții cu ultrasunete pentru sonicare directă și indirectă. Procesoare cu ultrasunete puternice și precis controlabile furnizează exact cantitatea potrivită de energie cu ultrasunete vasului de reacție. Indiferent dacă utilizați seringi, tuburi, plăci cu mai multe puțuri sau reactoare de sticlă ca vas de sinteză, Hielscher Ultrasonics oferă cel mai potrivit ultrasonicator pentru aplicația peptidică.
- peptide personalizate
- producția de peptide pe scară largă
- Biblioteci peptidice
Multe sinteze peptidice sunt efectuate în seringi (de exemplu, reactoare cu seringi fripte). Hielscher cu ultrasunete seringă agitator sonicates soluția peptidică cuplarea undelor cu ultrasunete prin peretele seringii în lichid. Agitatorul seringii cu ultrasunete este una dintre cele mai populare soluții cu ultrasunete pentru sinteza ultrasonically asistată de peptide.
Cuphorn cu ultrasunete este un instrument potrivit pentru sonicare până la 5 vase reactor, în timp ce VialTweeter poate deține până la zece tuburi de reacție plus în plus cinci vas mai mare prin accesoriu clemă.
Pentru alte tipuri de reactoare, precum reactoarele în fază solidă Merrifield sau Kamysz, precum și pentru alte recipiente și reactoare din polipropilenă sau borosilicat, Hielscher oferă sonicatoare pentru sonicare indirectă și directă, cu sistem de fixare prin clemă sau cu flanșă, personalizate în funcție de cerințe.
Desigur, reactoarele mai mari din sticlă cu agitare, de exemplu cele destinate sintezei în fază lichidă, pot fi echipate cu ușurință cu sonde ultrasonice (cunoscute și sub denumirea de sonotrozi sau cornuri ultrasonice) de orice dimensiune.
- Diferite tipuri de ultrasonicator
- sonicare directă și indirectă
- Control precis al intensității
- control precis al temperaturii
- ultrasunete continue sau pulsate
- Caracteristici inteligente, dispozitive programabile
- Disponibil pentru orice volum
- scalabilitate liniară
Pentru sinteza peptidelor în fază solidă în plăci cu mai multe godeuri/plăci de microtitrare, UIP400MTP este dispozitivul ideal. Cavitația ultrasonică este cuplată indirect și uniform în numeroasele godeuri de probă, asigurând un transfer de masă și o reacție de sinteză de calitate superioară. Urmăriți videoclipul de mai jos pentru a vedea Sonicatorul pentru microplăci UIP400MTP în acțiune!
Contactează-ne! / Întreabă-ne!
Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru aplicații de amestecare, dispersie, emulsionare și extracție pe laborator, pilot și scară industrială.
Informații utile despre sinteza peptidelor prin ultrasunete
Ce sunt peptidele?
Peptidele sunt compuși în care mai mulți aminoacizi sunt legați prin legături amidice, așa-numitele legături peptidice. Când este legat în structuri complexe – Constând în mod obișnuit din 50 sau mai mulți aminoacizi -, aceste structuri peptidice mari sunt denumite proteine. Peptidele sunt un bloc esențial al vieții și îndeplinesc numeroase funcții în organism.
Cum funcționează sinteza peptidelor?
În chimia organică, biologia moleculară și știința vieții, sinteza peptidelor este procesul de producere a peptidelor. Peptidele sunt sintetizate chimic prin reacția de condensare a grupării carboxil a unui aminoacid la gruparea amino a altui aminoacid. Strategiile de protejare a grupurilor (de asemenea, grupurile de protecție) sunt de obicei utilizate pentru a evita reacțiile secundare nedorite cu diferitele lanțuri laterale de aminoacizi.
Sinteza chimică (in vitro) a peptidelor începe cel mai adesea prin cuplarea grupării carboxil a aminoacidului care intră (C-terminus) la capătul N-terminal al lanțului peptidic în creștere. Spre deosebire de această sinteză C-la-N, biosinteza naturală a proteinelor peptidelor lungi în organismele vii are loc în direcția opusă. Aceasta înseamnă că în biosinteză, capătul N-terminal al aminoacidului care intră este legat de capătul C al lanțului proteic (N-la-C).
Majoritatea protocoalelor de cercetare și dezvoltare pentru sinteza peptidelor se bazează pe metode în fază solidă, în timp ce metodele de sinteză în fază de soluție pot fi găsite în producția industrială pe scară largă a peptidelor.
Care este stadiul actual al cunoașterii în domeniul sintezei peptidelor?
SUS-SPPS (SPPS durabil asistat de ultrasunete) S-a demonstrat că această metodă reduce procesul la doar două etape pe ciclu (cuplare/capping/deprotecție combinate + o singură spălare), reducând semnificativ consumul de solvent și timpul necesar. (cf. Mottola et al., 2025)
TAPS asistat de ultrasunete este o combinație în plină ascensiune, cu succes dovedit în sintezele totale (de exemplu, lipobactina) și este analizată de companiile CDMO în vederea producției de substanțe active farmaceutice (API).
Descoperiți avantajele sintezei peptidelor TAGGING asistate de ultrasunete!
prelucrare continuă este analizată ca o îmbunătățire suplimentară – Au fost descrise platforme de sinteză continuă într-un singur vas, asistate de marcatori sililați.
Domeniul evoluează în direcția principiilor chimiei verzi, ultrasunetele și TAPS contribuind amândouă la reducerea utilizării solvenților, la scăderea cantității de reactivi utilizați și la îmbunătățirea sustenabilității.
Literatură / Referințe
- 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 produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la Laborator spre dimensiunea industrială.