Katı Faz Peptit Sentezi – Sonikasyon ile Daha Verimli

Katı Faz Peptit Sentezi (SPPS), peptit sentezinde yaygın olarak kullanılan yöntemdir. Ultrasonikasyon, katı faz peptit sentezini yoğunlaştırarak daha yüksek verim, daha iyi saflık, rasemizasyonun olmaması ve önemli ölçüde hızlandırılmış reaksiyon hızı sağlayan güvenilir bir araçtır. Hielscher Ultrasonics, peptit sentezi, ayırma ve çözündürme için çeşitli ultrasonik çözümler sunar.

Ultrasonik Katı Faz Peptit Sentezi

Ultrasonikasyon, organik sentezde yoğunlaştırma yöntemi olarak hâlihazırda yaygın biçimde uygulanmaktadır ve reaksiyon sürelerinin büyük ölçüde kısalması, daha yüksek verim, daha az yan ürün, başka yollarla gerçekleştirilemeyen reaksiyon yollarının başlatılması ve/veya daha iyi seçicilik gibi avantajlarıyla iyi bilinmektedir. Sonikasyon peptit sentezi reaksiyonlarına aktarıldığında da büyük faydalar elde edilebilir. Araştırma sonuçları, ultrasonik destekli peptit sentezinin kısa bir reaksiyon süresi içinde, rasemizasyon olmaksızın yüksek saflıkta peptitlerin optimize edilmiş verimle elde edilmesini sağladığını göstermiştir.

Ultrasonik Peptit Sentezinin Avantajları

Yüksek peptit verimi
Önemli ölçüde daha hızlı sentez
Daha yüksek peptit saflığı
Rasemizasyon olmaması
Çeşitli peptitlerin paralel sentezi
Her hacme ölçeklenebilir

Birden fazla reaktör kabının homojen sonikasyonu için ultrasonik cuphorn, örneğin iyileştirilmiş peptit sentezi için.

İyileştirilmiş peptit sentezi için birden fazla reaktör kabının homojen sonikasyonuna yönelik ultrasonik cuphorn.

Sonikasyonla yoğunlaştırılabilen Merrifield katı faz peptit sentezinin şematik gösterimi.

Merrifield katı faz peptit sentezini gösteren grafik. Ultrasonikasyon, sentez reaksiyonunu desteklemek ve iyileştirmek için olduğu kadar sentezlenen peptitleri reçineden ayırmak için de kullanılır.
Grafik: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)

Çalışma	İncelenen Peptit(ler)	Reaksiyon Süresi (Klasik Yöntem ve US-SPPS Karşılaştırması)	Ham Ürün Saflığı (Klasik Yöntem ve US-SPPS Karşılaştırması)	Rasemizasyon ve Yan Reaksiyonlar	Temel Bulgular
Wołczański et al. (2019)	Met-enkefalin, UB33-43-OCam, TAT48-60-NH2, B2m58-69-NH2, ACP65-74-NH2, β-endorfin	600–1920 min → 48–284 min	24,2–71,3% → 60,6–89,9%	70°C sıcaklıkta bile Cys/His için hiçbiri gözlenmedi	~7–12 kat daha hızlı sentez; özellikle TAT gibi agregasyona yatkın dizilerde saflıkta büyük iyileşmeler.
Silva et al. (2021)	Pep1 (12-mer), Pep2 (9-mer), Pep3 (25-mer)	>3515/365 min → ~250/85 min (Pep1/Pep2); Pep3: 347 min (yalnızca US)	%73–84 → %72–82 (Pep1/Pep2)	Test edilmedi; Pep2 saflığında hafif bir düşüş kaydedildi	Pep1 için sürede 14 kat azalma; ham ürün verimi önemli ölçüde arttı.
Merlino et al. (2019)	Model pentapeptitler, 44-mer uzunluğa kadar peptitler, “zor diziler” (Aβ 1-42, ACP 65-74)	60 min → 30 min (model)	%84 → %93 (model); termal ısıtmayla (~45°C) elde edilenden önemli ölçüde daha yüksek	Cys/His enantiyomerlerinde önemli bir artış yok	Zor/agregasyona yatkın diziler için son derece etkili; yüksek saflığı korurken reaktif fazlasının azaltılmasına olanak tanır.

Ultrason ile İyileştirilmiş Katı Faz Peptit Sentezi

Katı Faz Peptit Sentezi (SPPS), çözünmeyen gözenekli bir destek üzerinde amino asit türevlerinin ardışık reaksiyonları yoluyla bir peptit zincirinin oluşturulmasına olanak tanıyan kimyasal bir reaksiyondur. Ancak geleneksel katı faz peptit sentezi nispeten verimsiz ve yavaş bir süreçtir. Bu nedenle peptit sentezinin ultrasonik olarak yoğunlaştırılması, peptitlerin daha etkin ve hızlı sentezi için büyük değer verilen bir araçtır.
Silva et al. (2021), üç peptidin hazırlanmasını temel alarak “klasik” florenilmetoksikarbonil (Fmoc) katı faz peptit sentezini (SPPS) ultrason (US) destekli SPPS ile karşılaştırmıştır. Bu peptitler, fibroblast büyüme faktörü reseptörü 3(FGFR3) için özgül olan Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) peptidi ile yeni Pep2 (RQMATADEA-NH2) ve Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2) peptitleridir.
US destekli SPPS, “klasik” yöntemle karşılaştırıldığında peptit zincirinin oluşturulması için gereken süreyi 14 kat (Pep1) ve 4 kat (Pep2) azaltmıştır. İlginç bir şekilde, ultrason destekli SPPS ile Pep1, “klasik” SPPS yöntemine (%73) kıyasla daha yüksek saflıkta (%82) elde edilmiştir. Elde edilen yüksek ham peptit saflığıyla birlikte süredeki önemli azalma, araştırma ekibini US destekli SPPS yöntemini çok sayıda hidrofobik amino asit ve homooligomerik dizi içeren büyük Pep3 peptidine uygulamaya yöneltmiştir. Dikkat çekici biçimde, bu 25-mer peptidin sentezi 6 saatten kısa sürede (347 min), orta düzeyde saflıkla (yaklaşık %49) gerçekleştirilmiştir.

Ultrasonik katı faz peptit sentezi (US-SPPS), rasemizasyonu önleyen etkili bir peptit sentezi tekniğidir.

Ultrasonik çalkalama kullanılan katı faz peptit sentezi yoluyla daha hızlı peptit sentezi.
(Çalışma ve analiz: Wołczański et al., 2019)

Merlino et al. (2019) ayrıca ultrasonun Fmoc bazlı katı faz peptit sentezi üzerindeki etkilerine ilişkin kapsamlı bir çalışma yürütmüştür. Bu çalışma, malzeme ve reaksiyon süresinde dikkat çekici tasarrufla farklı biyolojik olarak aktif peptitlerin (44-mer uzunluğa kadar) sentezine olanak tanımıştır. Ultrasonikasyonun başlıca yan reaksiyonları şiddetlendirmediğini ve “zor dizilere” sahip peptitlerin sentezini iyileştirdiğini göstermişlerdir. Böylece ultrasonik olarak desteklenen katı faz peptit sentezi (US-SPPS), günümüzdeki yüksek verimli peptit sentez stratejileri arasında yer almıştır.

Peptitlerin ultrasonik (sonik) sentezi için yüksek performanslı sistemlerin mevcut olması, sentez hızlarının önemli ölçüde iyileştirilmesine ve ham ürünlerin saflığının artırılmasına olanak tanır. (bkz. Wołczański et al., 2019)

Ultrasonik peptit sentezi, rasemizasyon önlenirken yüksek saflıkta peptitlerin yüksek verimle elde edilmesini sağlar.

Rasemizasyonun incelenmesi. Oda sıcaklığında klasik yaklaşımla manuel olarak sentezlenen model peptitlerin, yüksek sıcaklıkta ultrasonik yöntemle sentezlenen model peptitlerle karşılaştırıldığı başlıca 1H NMR spektrumları. His ve Cys α-protonlarının ve Acm metilen grubunun (sol paneller), Val ɣ-metil protonlarının (sağ paneller) kimyasal kaymaları, 70°C sıcaklıkta sonikasyonun rasemizasyona neden olmadığını göstermektedir.
(Çalışma ve analiz: Wołczański et al., 2019)

Peptitlerin Ultrasonik Olarak Ayrılması

Katı faz peptit sentezinden (SPPS) sonra sentezlenen peptitlerin polimerik reçinelerden ayrılması gerekir. Bu adım, koruyucu grupların uzaklaştırılması olarak da bilinir. Peptitlerin reçineden ayrılması için yaygın çalkalama yöntemi ile ultrasonikasyon karşılaştırıldığında, çalkalama yöntemi yaklaşık 1 saat gerektirirken ultrasonik ayırma 15–20 min içinde tamamlanabilir. Ultrasonik peptit ayırma, benzilik ester bağları yoluyla polistiren reçinelere bağlanmış korumalı amino asitlerin ve peptitlerin ayrılmasına uygulanabilir.

Ultrasonik ayırma, sentezlenmiş peptitleri polistiren reçineden ayırmak için hızlı ve güvenilir bir tekniktir.

Peptitlerin polistiren reçineden ultrasonik olarak ayrılması, hızlı bir işlemle, rasemizasyon olmaksızın yüksek saflıkta peptitlerin yüksek verimle elde edilmesini sağlar.
(çalışma ve grafik: ©Anuradha and Ravindranath, 1995)

İyileştirilmiş peptit sentezi için ultrasonik olarak çalkalanan reaktör.

İyileştirilmiş ve hızlandırılmış peptit sentezi için ultrasonik olarak çalkalanan reaktör. Resimde, karıştırmalı bir cam reaktör içindeki UP200St sonikatörü görülmektedir.

Peptit Sentezi için Yüksek Performanslı Sonikatörler

Hielscher Ultrasonics, doğrudan ve dolaylı sonikasyon için çeşitli ultrasonik çözümler sunar. Güçlü ve hassas biçimde kontrol edilebilen ultrasonik işlemciler, reaksiyon kabına tam olarak doğru miktarda ultrason enerjisi sağlar. Sentez kabı olarak ister şırınga, tüp, çok kuyucuklu plaka ister cam reaktör kullanın, Hielscher Ultrasonics peptit uygulamanız için en uygun sonikatörü sunar.

Hielscher ultrasonik sistemleri aşağıdaki sentez uygulamaları için idealdir:

özelleştirilmiş peptitler
büyük ölçekli peptit üretimi
peptit kütüphaneleri

Birçok peptit sentezi şırıngalarda (örneğin fritli şırınga reaktörlerinde) gerçekleştirilir. Hielscher ultrasonik şırınga çalkalayıcısı, ultrason dalgalarını şırınga duvarından sıvıya aktararak peptit çözeltisine sonikasyon uygular. Ultrasonik şırınga çalkalayıcısı, peptitlerin ultrasonik destekli sentezi için en popüler ultrasonik çözümlerden biridir.
Ultrasonik cuphorn, 5 reaktör kabına kadar sonikasyon uygulamak için uygun bir araçtır; VialTweeter ise on adede kadar reaksiyon tüpünü ve ayrıca kelepçeli aksesuar aracılığıyla beş daha büyük kabı tutabilir.
Merrifield veya Kamysz katı faz reaktörü gibi diğer reaktör türleri ve diğer polipropilen veya borosilikat kaplar ve reaktörler için Hielscher, özelleştirilmiş kelepçeli montaj veya flanş ile dolaylı ve doğrudan sonikasyon için sonikatörler sunar.

Elbette, örneğin çözelti fazı sentezine yönelik daha büyük karıştırmalı cam reaktörler, her boyutta ultrasonik probla (sonotrot veya ultrasonik horn olarak da bilinir) kolayca donatılabilir.

Peptit Sentezi için Hielscher Sonikatörlerinin Avantajları

çeşitli sonikatör türleri
doğrudan ve dolaylı sonikasyon
hassas şiddet kontrolü
hassas sıcaklık kontrolü
sürekli veya darbeli ultrason
akıllı özellikler, programlanabilir cihazlar
her hacim için mevcut
doğrusal ölçeklenebilirlik

Çok kuyucuklu/mikrotitre plakalarda katı faz peptit sentezi için UIP400MTP ideal cihazdır. Üstün kütle aktarımı ve sentez reaksiyonu için ultrasonik kavitasyon, çok sayıdaki numune kuyucuğuna dolaylı olarak homojen biçimde aktarılır. Aşağıdaki videoyu izleyerek UIP400MTP mikroplaka sonikatörünü çalışırken görün!

UIP400MTP ultrasonik homojenizatör, hücre lizisi, DNA parçalama, dispersiyon veya homojenizasyon amacıyla çok kuyucuklu plakaları ve mikrotitre plakalarını sonikasyona tabi tutabilir.

Bize Ulaşın! / Bize Sorun!

Ultrasonik yüksek kesmeli homojenizatörler laboratuvar, tezgâh üstü, pilot ve endüstriyel işlemlerde kullanılır.

Hielscher Ultrasonics, laboratuvar, pilot ve endüstriyel ölçekte karıştırma uygulamaları, dispersiyon, emülsifikasyon ve ekstraksiyon için yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretir.

İlgili Konular

Ultrasonik Peptit Sentezi Hakkında Bilinmesi Gerekenler

Peptitler Nedir?

Peptitler, birden fazla amino asidin peptit bağları olarak adlandırılan amid bağları yoluyla birbirine bağlandığı bileşiklerdir. Genellikle 50 veya daha fazla amino asitten oluşan karmaşık yapılarda bir araya geldiklerinde, bu büyük peptit yapıları protein olarak adlandırılır. Peptitler yaşamın temel yapı taşlarından biridir ve vücutta çok sayıda işlevi yerine getirir.

Peptit Sentezi Nasıl Gerçekleşir?

Organik kimya, moleküler biyoloji ve yaşam bilimlerinde peptit sentezi, peptit üretme sürecidir. Peptitler, bir amino asidin karboksil grubunun başka bir amino asidin amino grubuyla kondenzasyon reaksiyonu yoluyla kimyasal olarak sentezlenir. Çeşitli amino asit yan zincirleriyle istenmeyen yan reaksiyonları önlemek için genellikle koruyucu grup stratejileri kullanılır.
Kimyasal (in-vitro) peptit sentezi çoğunlukla, eklenecek amino asidin karboksil grubunun (C-ucu) büyüyen peptit zincirinin N-ucuna bağlanmasıyla başlar. Bu C’den N’ye sentezin aksine, canlı organizmalarda uzun peptitlerin doğal protein biyosentezi ters yönde gerçekleşir. Bu, biyosentezde eklenecek amino asidin N-ucunun protein zincirinin C-ucuna bağlandığı (N’den C’ye) anlamına gelir.
Peptit sentezine yönelik araştırma ve geliştirme protokollerinin çoğu katı faz yöntemlerine dayanırken, peptitlerin büyük ölçekli endüstriyel üretiminde çözelti fazı sentez yöntemlerine rastlanır.

Peptit Sentezinde Güncel Teknoloji Düzeyi Nedir?
SUS-SPPS (Sürdürülebilir Ultrason Destekli SPPS) uygulamasının süreci döngü başına yalnızca iki adıma (birleştirilmiş bağlama/uç kapatma/koruyucu grupların uzaklaştırılması + tek yıkama) indirdiği, böylece çözücü tüketimini ve süreyi önemli ölçüde azalttığı gösterilmiştir. (bkz. Mottola et al., 2025)
Ultrasonik destekli TAPS total sentezlerde (örneğin lipobactin) başarısı gösterilmiş, gelişmekte olan bir kombinasyondur ve API üretimi için CDMO’lar tarafından araştırılmaktadır.
Ultrasonik destekli TAGGING peptit sentezinin avantajlarını keşfedin!
Sürekli işleme daha ileri bir iyileştirme olarak araştırılmaktadır – silillenmiş etiket destekli sürekli tek kapta sentez platformları tanımlanmıştır.
Alan, yeşil kimya ilkelerine doğru ilerlemektedir; hem ultrason hem de TAPS, çözücü kullanımının azaltılmasına, daha düşük reaktif yüklemesine ve sürdürülebilirliğin iyileştirilmesine katkıda bulunmaktadır.

Literatür / Kaynaklar

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.

Yüksek performanslı ultrasonik teknoloji! Hielscher ürün yelpazesi, kompakt laboratuvar sonikatöründen tezgâh üstü ünitelere ve tam endüstriyel ultrasonik sistemlere kadar tüm aralığı kapsar.

Hielscher Ultrasonics, yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörleri laboratuvar ölçeğinden endüstriyel ölçeğe kadar üretir.