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【阿拉丁】固相多肽合成——高效策略,革新技術(shù)
發(fā)布日期:2024/9/4 16:19:22發(fā)布人:上海阿拉丁生化科技股份有限公司

固相多肽合成——高效策略,革新技術(shù)

 

        

         固相肽合成技術(shù)(SPPS)是一種革命性的生物化學技術(shù),自20世紀60年代問世以來,已成為合成肽和蛋白質(zhì)的主要方法。1963年,羅伯特·布魯斯·梅里菲爾德(Robert Bruce Merrifield)首次提出了固相肽合成的概念,這一突破性工作不僅極大地提高了肽合成的效率和可控性,還為他贏得了1984年的諾貝爾化學獎。

 

        在固相肽合成中,肽鏈的生長是通過逐步加入氨基酸單體來實現(xiàn)的。與溶液相合成不同的是,固相肽合成中,肽鏈被固定在一個不溶性樹脂載體上,這樣可以簡化反應后的純化步驟。合成過程從C端氨基酸開始,通過在其α氨基上連接到樹脂載體上,然后依次將保護好的氨基酸逐一連接到生長中的肽鏈上。每次氨基酸連接完成后,通過簡單的過濾步驟去除反應中未反應的試劑和副產(chǎn)物,從而減少了傳統(tǒng)溶液相合成中需要復雜純化的步驟。

 

        SPPS的核心在于兩個主要步驟:脫保護和偶聯(lián)。首先,肽鏈上的保護基團被移除,使得下一個氨基酸能夠結(jié)合到肽鏈的游離氨基上。常用的脫保護試劑包括三氟乙酸(TFA)和二異丙基乙胺(DIPEA),這些試劑能夠有效去除保護基而不損壞肽鏈。脫保護后,氨基酸被活化以便偶聯(lián)到生長中的肽鏈上。常用的偶聯(lián)試劑包括HBTU、HATU等,它們能夠促進氨基酸與肽鏈上的游離氨基形成肽鍵。

 

        SPPS的主要優(yōu)勢在于其高效性和自動化潛力?,F(xiàn)代的自動化合成器可以在短時間內(nèi)合成數(shù)十個氨基酸長的肽鏈,使得合成復雜肽和小型蛋白質(zhì)變得可行。此外,由于合成是在固相載體上進行的,反應物和副產(chǎn)物可以通過簡單的洗滌步驟被除去,這大大簡化了后期的純化步驟。

 

        在SPPS的發(fā)展過程中,出現(xiàn)了兩種主要的技術(shù)流派:Fmoc和Boc策略。這兩種方法的區(qū)別在于它們使用的氨基酸保護基團和脫保護條件。Fmoc策略使用9-芴甲氧羰基(Fmoc)作為保護基,脫保護時使用堿性條件,如哌啶,而Boc策略使用叔丁氧羰基(Boc)作為保護基,脫保護時使用酸性條件,如三氟乙酸。Fmoc策略由于其溫和的脫保護條件和較少的副產(chǎn)物形成,逐漸成為主流。

 

        Boc策略是最早發(fā)展的固相肽合成方法之一,它使用叔丁氧羰基(Boc)作為氨基保護基團。在每個氨基酸殘基的連接過程中,Boc基團通過酸性條件(通常是三氟乙酸)去保護,暴露出氨基以進行下一步的肽鍵形成。與Boc策略相比,F(xiàn)moc策略的開發(fā)則是在為了避免酸性條件對肽鏈的潛在損傷的背景下提出的。Fmoc策略采用9-芴甲氧羰基(Fmoc)作為保護基團,利用堿性條件(通常是哌啶溶液)去除Fmoc基團,從而暴露氨基以進行下一步反應。

 

        以Fmoc策略為例,首先,在合成開始前需要選擇合適的樹脂作為固相載體,常見的有聚苯乙烯樹脂(例如Wang樹脂或Rink amide樹脂),這些樹脂具有能夠與氨基酸形成共價鍵的官能團。合成反應的第一步是將C端氨基酸固定在樹脂上,通過與樹脂上活化的官能團反應,形成穩(wěn)定的酰胺鍵。接下來,使用20%的哌啶溶液去除氨基酸上的Fmoc保護基團,暴露出游離的氨基。然后,加入下一步要連接的氨基酸,該氨基酸通常使用羧基活化劑(例如HBTU、HATU或DIC)進行預先活化,從而促進其與前一氨基酸的氨基形成肽鍵。這一循環(huán)過程在合成每個氨基酸時重復進行,直到整個多肽鏈合成完成。每次反應結(jié)束后,合成過程中使用的溶劑(如DMF、DCM)和副產(chǎn)物都可以通過簡單的洗滌步驟去除。

 

        Boc策略的合成流程雖然與Fmoc策略類似,但其細節(jié)有所不同。Boc策略首先也是將C端氨基酸與樹脂載體偶聯(lián),形成酰胺鍵。隨后,通過使用強酸性試劑(如三氟乙酸,TFA)去除氨基酸上的Boc保護基團,暴露出游離氨基。然后,加入下一個Boc保護的氨基酸,在存在羧基活化劑的條件下,形成肽鍵。與Fmoc策略不同,Boc策略中由于需要使用酸性條件進行脫保護,因此其應用可能對某些酸敏感的氨基酸或肽鏈有潛在的影響。盡管如此,Boc策略仍然在一些特定的肽合成中具有獨特的優(yōu)勢。

 

        無論是Fmoc還是Boc策略,每個步驟的反應條件和試劑選擇都需精確控制,以確保多肽鏈的合成高效且準確。最終,通過從樹脂上切下肽鏈并進行純化,獲得目標多肽。兩種策略各自在特定應用中展現(xiàn)了獨特優(yōu)勢,為研究人員提供了靈活而強大的多肽合成手段。

 

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