Peptidsyntes görs effektiv med hjälp av ultraljudsbehandling
Solid Phase Peptide Synthesis (SPPS) är den vanliga metoden för peptidsyntes. Ultraljud är ett pålitligt verktyg för att intensifiera fastfas peptidsyntes vilket resulterar i högre utbyten, förbättrad renhet, ingen racemisering och betydligt accelererad reaktionshastighet. Hielscher Ultrasonics erbjuder olika ultraljudslösningar för peptidsyntes, klyvning och upplösning.
Ultraljud peptid syntes
Ultraljud används redan i stor utsträckning som intensifierande metod i organisk syntes och är välkänd för sina fördelar såsom drastiskt minskade reaktionstider, högre avkastning, mindre biprodukter, initiering av vägar, som inte kunde uppnås på andra sätt, och / eller bättre selektivitet. Stora fördelar kan också erhållas, när ultraljudsbehandling kopplas till peptidsyntes reaktioner. Forskningsresultat har visat att ultraljudsassisterad peptidsyntes uppnår optimerat utbyte av peptider med hög renhet, utan racemisering inom en kort reaktionstid.
- Höga peptidutbyten
- Betydligt snabbare syntes
- Högre peptidrenhet
- Ingen racemisering
- Parallell syntes av olika peptider
- Linjär skalbar till vilken volym som helst

Grafik som visar Merrifields syntes av fastfaspeptider. Ultraljud används för att främja och förbättra syntesreaktionen samt för klyvning av de syntetiserade peptiderna från hartset.
Grafik: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
Solidfaspeptidsyntesen förbättras med ultraljud
Fastfaspeptidsyntes (SPPS) är en kemisk reaktion som möjliggör montering av en peptidkedja genom successiva reaktioner av aminosyraderivat på ett olösligt poröst stöd. Den traditionella peptidsyntesen i fast fas är dock en relativt ineffektiv och långsam process. Därför är ultraljud intensifiering av peptidsyntes ett högt ansett verktyg för en mer effektiv och snabb syntes av peptider.
Silva et al. (2021) jämförde "klassisk" fluorenylmetoxikarbonyl (Fmoc)-fastfaspeptidsyntes (SPPS) med ultraljudsassisterad SPPS baserat på framställningen av tre peptider, nämligen den fibroblasttillväxtfaktorreceptor 3(FGFR3)-specifika peptiden Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) och de nya peptiderna Pep2 (RQMATADEA-NH2) och Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
USA-assisterad SPPS ledde till en 14-faldig (Pep1) och 4-faldig tidsreduktion (Pep2) i peptidmontering jämfört med den "klassiska" metoden. Intressant nog gav ultraljudsassisterad SPPS Pep1 i högre renhet (82 %) än den "klassiska" SPPS (73 %). Den signifikanta tidsreduktionen i kombination med den höga råa peptidrenheten som uppnåddes fick forskargruppen att applicera USA-assisterad SPPS på den stora peptiden Pep3, som uppvisar ett högt antal hydrofoba aminosyror och homooligo-sekvenser. Anmärkningsvärt nog uppnåddes syntesen av denna 25-mer-peptid inom mindre än 6 timmar (347 min) i måttlig renhet (ca 49%).

Snabbare peptidsyntes via fastfaspeptidsyntes med hjälp av ultraljudsomrörning.
(Studie och analys: Wołczański et al., 2019)
Merlino et al. (2019) genomförde också en omfattande studie av ultraljudseffekterna på Fmoc-baserad fastfaspeptidsyntes, vilket möjliggjorde syntes av olika biologiskt aktiva peptider (upp till 44-mer), med en anmärkningsvärd besparing av material och reaktionstid. De visade att ultraljud inte förvärrade de viktigaste sidoreaktionerna och förbättrade syntesen av peptider utrustade med “Svåra sekvenser”, vilket placerar den ultraljudsfrämjade fastfaspeptidsyntesen (US-SPPS) bland de nuvarande högeffektiva peptidsyntesstrategierna.
Tillgången till högpresterande system för ultraljud (sonisk) syntes av peptider möjliggör avsevärt förbättrade synteshastigheter och en ökning av renheten hos råvaror. (jfr Wołczański et al., 2019)

Utredning av racemisering. Jämförelse av signifikanta 1H NMR-spektra av modeller peptider syntetiserade manuellt med hjälp av den klassiska metoden vid rumstemperatur vs ultraljudsmetod vid förhöjd temperatur. Kemiska förändringar av Hans och Cys α-protoner och metylengruppen av Acm (vänster paneler), ɣ-metylprotoner av Val (höger paneler) visar att ultraljudsbehandling vid 70 ° C inte orsakar racemisering.
(Studie och analys: Wołczański et al., 2019)
Ultraljud klyvning av peptider
Efter peptidsyntes i fast fas (SPPS) måste syntetiserade peptider klyvas från de polymera hartserna. Det här steget kallas även för avskydd. När vanlig skakning och ultraljud för peptidklyvning från harts jämförs, kräver skakningsmetoden ca 1 timme, medan ultraljudsklyvning kan åstadkommas på 15 till 20 minuter. Ultraljudspeptidklyvningen kan appliceras på klyvningen av skyddade aminosyror och peptider kopplade till polystyrenhartser genom bensylesterbindningar.

Ultraljudsomrörd reaktor för förbättrad och accelererad peptidsyntes. Bilden visar ultraljudsapparat UP200St i en omrörd glasreaktor.
Hielscher Ultrasonics erbjuder olika ultraljudslösningar för direkt och indirekt ultraljudsbehandling. Kraftfulla och exakt kontrollerbara ultraljudsprocessorer levererar exakt rätt mängd ultraljudsenergi till reaktionskärlet. Oavsett om du använder sprutor, rör, multibrunnsplattor eller glasreaktorer som synteskärl, erbjuder Hielscher Ultrasonics den mest lämpliga ultraljudsapparaten för din peptidapplikation.
- Anpassade peptider
- Storskalig peptidproduktion
- Peptid bibliotek
Många peptidsynteser utförs i sprutor (t.ex. frittade sprutreaktorer). Hielschers ultraljudsspruta omrörare sonikerar peptidlösningen och kopplar ultraljudsvågorna genom sprutväggen in i vätskan. Ultraljudssprutans omrörare är en av de mest populära ultraljudslösningarna för ultraljudsassisterad syntes av peptider.
Ultraljudskopphornet är ett lämpligt verktyg för att sonikera upp till 5 reaktorkärl, medan VialTweeter kan hålla upp till tio reaktionsrör plus ytterligare fem större kärl via klämtillbehör.
För andra reaktortyper som Merrifield eller Kamysz fastfasreaktor och andra polypropen- eller borosilikatkärl / reaktorer, erbjuder Hielscher skräddarsydda clamp-on ultraljudssystem för indirekt ultraljudsbehandling.
För fastfaspeptidsyntes i multibrunnar / mikrotiterplattor är UIP400MTP den idealiska enheten. Ultraljud kavitation är indirekt kopplad enhetligt i de många provbrunnarna för överlägsen massöverföring och syntesreaktion. Titta på videon nedan för att se UIP400MTP i aktion!
Naturligtvis kan större strirred glasreaktorer, t.ex. för syntes av lösningsfas, enkelt utrustas med ultraljudssonder (aka sonotroder eller ultraljudshorn) av vilken storlek som helst.
- olika typer av ultraljudsapparater
- Direkt och indirekt ultraljudsbehandling
- Exakt intensitetskontroll
- Exakt temperaturkontroll
- Kontinuerligt eller pulserande ultraljud
- Smarta funktioner, programmerbara enheter
- Tillgänglig för alla volymer
- Linjär skalbarhet
Kontakta oss! / Fråga oss!
Litteratur / Referenser
- 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.
Fakta som är värda att veta
Peptider
Peptider är föreningar där flera aminosyror är kopplade via amidbindningar, så kallade peptidbindningar. När den är bunden i komplexa strukturer – Vanligtvis består de av 50 eller fler aminosyror - dessa stora peptidstrukturer kallas proteiner. Peptider är en viktig byggsten i livet och fyller många funktioner i kroppen.
Syntes av peptider
Inom organisk kemi, molekylärbiologi och biovetenskap är peptidsyntes processen att producera peptider. Peptider syntetiseras kemiskt via kondensationsreaktion mellan karboxylgruppen i en aminosyra och aminogruppen i en annan aminosyra. Strategier för att skydda grupper (även skyddande grupper) används vanligtvis för att undvika oönskade sidoreaktioner med de olika aminosyrasidokedjorna.
Kemisk (in-vitro) peptidsyntes börjar oftast med att koppla karboxylgruppen i den inkommande aminosyran (C-terminalen) till N-terminalen i den växande peptidkedjan. I motsats till denna C-till-N-syntes sker naturlig proteinbiosyntes av långa peptider i levande organismer i motsatt riktning. Detta innebär att i biosyntesen är N-terminalen för den inkommande aminosyran kopplad till C-terminalen i proteinkedjan (N-till-C).
De flesta forsknings- och utvecklingsprotokoll för peptidsyntes är baserade på fastfasmetoder, medan metoder för syntes i lösningsfas kan hittas i storskalig industriell produktion av peptider.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer från labb till industriell storlek.