Эффективный синтез пептидов с помощью ультразвуковой обработки
Синтез твердофазных пептидов (SPPS) является распространенным методом синтеза пептидов. Ультразвуковая обработка является надежным инструментом для интенсификации синтеза твердофазных пептидов, что приводит к повышению выхода, улучшению чистоты, отсутствию рацемизации и значительному ускорению реакции. Hielscher Ultrasonics предлагает различные ультразвуковые решения для синтеза, расщепления и растворения пептидов.
Синтез ультразвуковых пептидов
Ультразвуковая обработка уже широко применяется в качестве интенсификационного метода в органическом синтезе и хорошо известна своими преимуществами, такими как резкое сокращение времени реакции, более высокий выход, меньшее количество побочных продуктов, инициирование путей, которые не могли быть достигнуты другими способами, и/или лучшая селективность. Большие преимущества также могут быть получены, когда ультразвук сочетается с реакциями синтеза пептидов. Результаты исследований показали, что синтез пептидов с помощью ультразвука позволяет добиться оптимального выхода пептидов высокой чистоты без рацемизации в течение короткого времени реакции.
- Высокий выход пептидов
- Значительно более быстрый синтез
- Более высокая чистота пептидов
- Отсутствие рацемизации
- Параллельный синтез различных пептидов
- Линейное масштабирование до любого объема
Ультразвуковой чашечный горн для равномерной ультразвуковой обработки нескольких корпусов реактора для улучшения синтеза пептидов.
График, демонстрирующий синтез твердофазного пептида по методу Меррифилда. Ультразвук используется для стимулирования и усиления реакции синтеза, а также для расщепления синтезированных пептидов из смолы.
График: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
Синтез твердофазных пептидов улучшен с помощью ультразвука
Твердофазный пептидный синтез (SPPS) — это химическая реакция, которая позволяет собрать пептидную цепь путем последовательных реакций производных аминокислот на нерастворимой пористой основе. Однако традиционный синтез твердофазных пептидов является относительно неэффективным и медленным процессом. Таким образом, ультразвуковая интенсификация синтеза пептидов является высоко ценимым инструментом для более эффективного и быстрого синтеза пептидов.
Silva et al. (2021) сравнили «классический» синтез твердофазного пептида (SPPS) флуоренилметоксикарбонила (Fmoc) с SPPS с ультразвуковым (УЗИ) на основе получения трех пептидов, а именно специфичного для рецептора фибробластов фактора роста 3 (FGFR3) пептида Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) и новых пептидов Pep2 (RQMATADEA-NH2) и Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
Применение УЗИ SPPS привело к 14-кратному (Pep1) и 4-кратному (Pep2) сокращению времени сборки пептида по сравнению с «классическим» методом. Интересно, что СФБС с помощью УЗИ давал Pep1 более высокой чистоты (82%), чем «классический» СФБС (73%). Значительное сокращение времени в сочетании с высокой чистотой сырого пептида побудило исследовательскую группу применить SPPS с помощью УЗИ к крупному пептиду Pep3, который демонстрирует большое количество гидрофобных аминокислот и гомоолигопоследовательностей. Примечательно, что синтез этого 25-мерного пептида был достигнут менее чем за 6 часов (347 минут) при умеренной чистоте (около 49%).
Более быстрый синтез пептидов за счет синтеза твердофазных пептидов с использованием ультразвукового перемешивания.
(Исследование и анализ: Wołczański et al., 2019)
Merlino et al. (2019) также провели всестороннее исследование ультразвуковых эффектов на синтез твердофазных пептидов на основе Fmoc, что позволило синтезировать различные биологически активные пептиды (до 44-мер) с заметной экономией материала и времени реакции. Они продемонстрировали, что ультразвуковое исследование не усугубляет основные побочные реакции и улучшает синтез пептидов, наделенных “Сложные последовательности”, что ставит синтез твердофазных пептидов под ультразвуковым контролем (US-SPPS) в число современных высокоэффективных стратегий синтеза пептидов.
Наличие высокопроизводительных систем для ультразвукового (звукового) синтеза пептидов позволяет значительно улучшить скорость синтеза и повысить чистоту исходных продуктов. (ср. Wołczański et al., 2019)
Исследование рацемизации. Сравнение значимых 1Н-спектров ЯМР модельных пептидов, синтезированных вручную с использованием классического подхода при комнатной температуре, с ультразвуковым методом при повышенной температуре. Химические сдвиги His и Cys α-протонов и метиленовой группы Acm (левые панели), ɣ-метилпротонов Val (правые панели) показывают, что ультразвук при 70°C не вызывает рацемизации.
(Исследование и анализ: Wołczański et al., 2019)
Ультразвуковое расщепление пептидов
После синтеза твердофазных пептидов (SPPS) синтезированные пептиды должны быть отделены от полимерных смол. Этот шаг также известен как снятие защиты. Если сравнить обычное встряхивание и ультразвуковое воздействие для расщепления пептидов из смолы, то метод встряхивания занимает около 1 часа, в то время как ультразвуковое расщепление может быть выполнено за 15-20 минут. Ультразвуковое расщепление пептидов может быть применено для расщепления защищенных аминокислот и пептидов, связанных с полистирольными смолами посредством бензиловых эфирных связей.
Ультразвуковое расщепление пептидов из полистирольной смолы дает высокие выходы пептидов высокой чистоты, без рацемизации, в рамках быстрой процедуры.
(этюд и графика: ©Анурадха и Равиндранатх, 1995)
Реактор с ультразвуковой мешалкой для улучшенного и ускоренного синтеза пептидов. На рисунке показан ультразвуковой аппарат UP200St в реакторе с перемешиванием стекла.
Hielscher Ultrasonics предлагает различные ультразвуковые решения для прямой и непрямой ультразвуковой обработки. Мощные и точно управляемые ультразвуковые процессоры подают точно такое количество ультразвуковой энергии в реакционный сосуд. Независимо от того, используете ли вы шприцы, трубки, многолуночные планшеты или стеклянные реакторы в качестве резервуара для синтеза, Hielscher Ultrasonics предлагает наиболее подходящий ультразвуковой аппарат для вашего применения пептидов.
- Пептиды по индивидуальному заказу
- Крупнотоннажное производство пептидов
- Пептидные библиотеки
Многие синтезы пептидов выполняются в шприцах (например, в реакторах с фриттированными шприцами). Ультразвуковая мешалка для шприцев Hielscher обрабатывает раствор пептида ультразвуком, связывая ультразвуковые волны через стенку шприца с жидкостью. Ультразвуковая мешалка для шприцев является одним из самых популярных ультразвуковых решений для ультразвукового синтеза пептидов.
Ультразвуковой горн является подходящим инструментом для ультразвуковой обработки до 5 корпусов реактора, в то время как VialTweeter может вмещать до десяти реакционных пробирок плюс еще пять больших корпусов с помощью накладного аксессуара.
Для других типов реакторов, таких как твердофазный реактор Merrifield или Kamysz, а также других полипропиленовых или боросиликатных сосудов / реакторов, Hielscher предлагает индивидуальные накладные ультразвуковые системы для непрямой ультразвуковой обработки.
Для синтеза твердофазных пептидов в многолуночных/микротитровых планшетах UIP400MTP является идеальным устройством. Ультразвуковая кавитация косвенно равномерно связана с многочисленными лунками для отбора проб для превосходной реакции массопереноса и синтеза. Посмотрите видео ниже, чтобы увидеть UIP400MTP в действии!
Конечно, более крупные реакторы из стригированного стекла, например, для синтеза в растворной фазе, могут быть легко оснащены ультразвуковыми зондами (также известными как сонотроды или ультразвуковые рупоры) любого размера.
- Различные типы ультразвуковых аппаратов
- прямая и непрямая ультразвук
- Точный контроль интенсивности
- Точный контроль температуры
- непрерывный или импульсный ультразвук
- Умные функции, программируемые устройства
- Доступно для любого объема
- Линейная масштабируемость
Свяжитесь с нами! / Спросите нас!
Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы для смешивания, диспергирования, эмульгирования и экстракции в лабораторном, пилотном и промышленном масштабе.
Литература / Литература
- 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.
Факты, которые стоит знать
Пептиды
Пептиды — это соединения, в которых несколько аминокислот связаны амидными связями, так называемыми пептидными связями. При связывании в сложных структурах – Обычно состоящие из 50 или более аминокислот, эти крупные пептидные структуры называются белками. Пептиды являются важным строительным блоком жизни и выполняют множество функций в организме.
Синтез пептидов
В органической химии, молекулярной биологии и науках о жизни синтез пептидов — это процесс производства пептидов. Пептиды химически синтезируются в результате реакции конденсации карбоксильной группы одной аминокислоты в аминогруппу другой аминокислоты. Стратегии защитных групп (также защитных групп) обычно используются для того, чтобы избежать нежелательных побочных реакций с различными боковыми цепями аминокислот.
Химический (in vitro) синтез пептидов чаще всего начинается со связывания карбоксильной группы поступающей аминокислоты (С-конца) с N-концом растущей пептидной цепи. В противоположность этому синтезу C-to-N, естественный биосинтез белка длинных пептидов в живых организмах происходит в обратном направлении. Это означает, что при биосинтезе N-конец поступающей аминокислоты соединяется с С-концом белковой цепи (N-to-C).
Большинство протоколов исследований и разработок в области синтеза пептидов основаны на твердофазных методах, в то время как методы синтеза в растворной фазе можно найти в крупномасштабном промышленном производстве пептидов.
Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы от лаборатория Кому промышленного размера.