Syntéza peptidov je efektívna pomocou sonikácie
Syntéza peptidov v pevnej fáze (SPPS) je bežná metóda syntézy peptidov. Ultrazvuk je spoľahlivý nástroj na zintenzívnenie syntézy peptidov v pevnej fáze, čo vedie k vyšším výťažkom, zlepšenej čistote, žiadnej racemizácii a výrazne zrýchlenej rýchlosti reakcie. Spoločnosť Hielscher Ultrasonics ponúka rôzne ultrazvukové roztoky na syntézu, štiepenie a rozpúšťanie peptidov.
Ultrazvuková syntéza peptidov
Ultrazvuk je už široko používaný ako zintenzívňujúca metóda v organickej syntéze a je dobre známy svojimi výhodami, ako sú drasticky skrátené reakčné časy, vyššie výťažky, menej vedľajších produktov, iniciácia dráh, ktoré by sa nedali dosiahnuť inými spôsobmi, a/alebo lepšia selektivita. Veľké výhody možno dosiahnuť aj vtedy, keď sa sonikácia spojí s reakciami syntézy peptidov. Výsledky výskumu preukázali, že ultrazvukom asistovaná syntéza peptidov dosahuje optimalizovaný výťažok peptidov s vysokou čistotou, bez racemizácie v krátkom reakčnom čase.
- Vysoké výťažky peptidov
- Výrazne rýchlejšia syntéza
- Vyššia čistota peptidov
- Žiadna racemizácia
- Paralelná syntéza rôznych peptidov
- Lineárne škálovateľné na akýkoľvek objem
Ultrazvukový cuphorn pre rovnomernú sonikáciu niekoľkých reaktorových nádob pre lepšiu syntézu peptidov.
Grafika znázorňujúca syntézu peptidov v pevnej fáze Merrifield. Ultrazvuk sa používa na podporu a zvýšenie syntéznej reakcie, ako aj na štiepenie syntetizovaných peptidov zo živice.
Grafika: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
Syntéza peptidov v pevnej fáze vylepšená ultrazvukom
Syntéza peptidov v pevnej fáze (SPPS) je chemická reakcia, ktorá umožňuje zostavenie peptidového reťazca prostredníctvom postupných reakcií derivátov aminokyselín na nerozpustnom pórovitom podklade. Tradičná syntéza peptidov v pevnej fáze je však relatívne neefektívny a pomalý proces. Preto je ultrazvuková intenzifikácia syntézy peptidov vysoko uznávaným nástrojom pre efektívnejšiu a rýchlejšiu syntézu peptidov.
Silva et al. (2021) porovnávali "klasickú" syntézu peptidov fluorenylmetoxykarbonylu (Fmoc) v pevnej fáze (SPPS) s ultrazvukom (US) asistovaným SPPS na základe prípravy troch peptidov, a to peptidu Pep1 špecifického pre receptor fibroblastového rastového faktora 3 (FGFR3) (VSPPLTLGQLLS-NH2) a nových peptidov Pep2 (RQMATADEA-NH2) a Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
SPPS s pomocou USA viedol k 14-násobnému (Pep1) a 4-násobnému skráteniu času (Pep2) pri zostavovaní peptidov v porovnaní s "klasickou" metódou. Zaujímavé je, že ultrazvukom asistovaný SPPS poskytol Pep1 vo vyššej čistote (82 %) ako "klasický" SPPS (73 %). Výrazné skrátenie času v kombinácii s dosiahnutou vysokou čistotou surového peptidu podnietilo výskumný tím k aplikácii SPPS s pomocou USA na veľký peptid Pep3, ktorý vykazuje vysoký počet hydrofóbnych aminokyselín a homooligosekvencií. Je pozoruhodné, že syntéza tohto 25-mérového peptidu sa dosiahla za menej ako 6 hodín (347 minút) pri strednej čistote (približne 49 %).
Rýchlejšia syntéza peptidov prostredníctvom syntézy peptidov v pevnej fáze pomocou ultrazvukového miešania.
(Štúdia a analýza: Wołczański et al., 2019)
Merlino et al. (2019) tiež vykonali komplexnú štúdiu ultrazvukových účinkov na syntézu peptidov v pevnej fáze na báze Fmoc, čo umožnilo syntézu rôznych biologicky aktívnych peptidov (až 44 mer) s pozoruhodnou úsporou materiálu a reakčného času. Preukázali, že ultrazvuk nezhoršil hlavné vedľajšie reakcie a zlepšil syntézu peptidov obdarených “Náročné sekvencie”, čím sa ultrazvukom podporovaná syntéza peptidov v pevnej fáze (US-SPPS) zaraďuje medzi súčasné vysoko účinné stratégie syntetickej syntézy peptidov.
Dostupnosť vysokovýkonných systémov na ultrazvukovú (zvukovú) syntézu peptidov umožňuje výrazne zlepšiť rýchlosť syntézy a zvýšiť čistotu surovín. (porovnaj Wołczański a kol., 2019)
Vyšetrovanie racemizácie. Porovnanie významných 1H NMR spektier modelových peptidov syntetizovaných manuálne pomocou klasického prístupu pri izbovej teplote oproti ultrazvukovej metóde pri zvýšenej teplote. Chemické posuny α-protónov His a Cys a metylénovej skupiny Acm (ľavé panely), ɣ-metylprotóny Val (pravé panely) ukazujú, že sonikacia pri 70 °C nespôsobuje racemizáciu.
(Štúdia a analýza: Wołczański et al., 2019)
Ultrazvukové štiepenie peptidov
Po syntéze peptidov v pevnej fáze (SPPS) sa musia syntetizované peptidy štiepiť od polymérnych živíc. Tento krok je známy aj ako deprotekcia. Pri porovnaní bežného trepania a ultrazvuku pre štiepenie peptidov zo živice vyžaduje metóda trepania cca. 1 hodina, zatiaľ čo ultrazvukové štiepenie je možné dosiahnuť za 15 až 20 minút. Ultrazvukové štiepenie peptidov je možné aplikovať na štiepenie chránených aminokyselín a peptidov spojených s polystyrénskymi živicami prostredníctvom väzieb benzylových esterov.
Ultrazvukové štiepenie peptidov z polystyrénovej živice poskytuje vysoké výťažky peptidov vo vysokej čistote, bez racemizácie, v rámci rýchleho postupu.
(štúdia a grafika: ©Anuradha a Ravindranath, 1995)
Ultrazvukovo miešaný reaktor pre lepšiu a zrýchlenú syntézu peptidov. Na obrázku je zobrazená ultrazvuk UP200St v reaktore s miešaným sklom.
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics ponúka rôzne ultrazvukové riešenia pre priamu a nepriamu sonikáciu. Výkonné a presne ovládateľné ultrazvukové procesory dodávajú do reakčnej nádoby presne správne množstvo ultrazvukovej energie. Či už používate injekčné striekačky, skúmavky, viacjamkové platne alebo sklenené reaktory ako syntéznu nádobu, Hielscher Ultrasonics ponúka najvhodnejší ultrazvuk pre vašu peptidovú aplikáciu.
- prispôsobené peptidy
- výroba peptidov vo veľkom meradle
- Knižnice peptidov
Mnoho peptidových syntéz sa vykonáva v injekčných striekačkách (napr. fritované injekčné reaktory). Hielscherovo ultrazvukové miešadlo do injekčnej striekačky sonikuje peptidový roztok a spája ultrazvukové vlny cez stenu injekčnej striekačky do kvapaliny. Ultrazvukové striekačkové miešadlo je jedným z najpopulárnejších ultrazvukových riešení pre ultrazvukom asistovanú syntézu peptidov.
Ultrazvukový cuphorn je vhodným nástrojom na sonikáciu až 5 reaktorových nádob, zatiaľ čo VialTweeter pojme až desať reakčných trubíc a navyše päť väčších nádob pomocou upínacieho príslušenstva.
Pre iné typy reaktorov, ako sú reaktory na pevnej fáze Merrifield alebo Kamysz a iné polypropylénové alebo borosilikátové nádoby / reaktory, ponúka spoločnosť Hielscher prispôsobené upínacie ultrazvukové systémy pre nepriamu sonikáciu.
Na syntézu peptidov v pevnej fáze vo viacjamkových / mikrotitračných platniach je UIP400MTP ideálnym zariadením. Ultrazvuková kavitácia je nepriamo rovnomerne spojená s početnými jamkami na vzorky pre vynikajúci prenos hmoty a syntéznu reakciu. Pozrite si video nižšie a pozrite si UIP400MTP v akcii!
Samozrejme, väčšie reaktory so strirovaným sklom, napr. na syntézu vo fáze roztoku, môžu byť ľahko vybavené ultrazvukovými sondami (alias sonotrodami alebo ultrazvukovými rohmi) akejkoľvek veľkosti.
- rôzne typy ultrazvuku
- priama a nepriama sonikácia
- presná regulácia intenzity
- presná regulácia teploty
- kontinuálny alebo pulzný ultrazvuk
- Inteligentné funkcie, programovateľné zariadenia
- K dispozícii pre akýkoľvek objem
- lineárna škálovateľnosť
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory na miešanie, disperziu, emulgáciu a extrakciu v laboratórnom, pilotnom a priemyselnom meradle.
Literatúra / Referencie
- 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, ktoré stoja za to vedieť
peptidy
Peptidy sú zlúčeniny, kde je viaceré aminokyseliny spojené amidovými väzbami, takzvanými peptidovými väzbami. Pri viazaní v zložitých štruktúrach – Zvyčajne pozostávajúce z 50 alebo viac aminokyselín - tieto veľké peptidové štruktúry sa nazývajú proteíny. Peptidy sú základným stavebným kameňom života a plnia v tele množstvo funkcií.
Syntéza peptidov
V organickej chémii, molekulárnej biológii a prírodných vedách je syntéza peptidov procesom výroby peptidov. Peptidy sa chemicky syntetizujú kondenzačnou reakciou karboxylovej skupiny jednej aminokyseliny na aminoskupinu inej aminokyseliny. Stratégie ochranných skupín (tiež ochranných skupín) sa zvyčajne používajú, aby sa predišlo nežiaducim vedľajším reakciám s rôznymi bočnými reťazcami aminokyselín.
Chemická (in-vitro) syntéza peptidov sa najčastejšie začína spojením karboxylovej skupiny prichádzajúcej aminokyseliny (C-koniec) s N-koncom rastúceho peptidového reťazca. Na rozdiel od tejto syntézy C-to-N prebieha prirodzená biosyntéza proteínov dlhých peptidov v živých organizmoch opačným smerom. To znamená, že pri biosyntéze je N-koniec prichádzajúcej aminokyseliny spojený s C-koncom proteínového reťazca (N-to-C).
Väčšina výskumných a vývojových protokolov pre syntézu peptidov je založená na metódach v pevnej fáze, zatiaľ čo metódy syntézy vo fáze roztoku možno nájsť vo veľkom priemyselnej výrobe peptidov.
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórium do priemyselná veľkosť.