多肽合成

20种常见氨基酸,根据侧链可以分为几类:脂肪族氨基酸(Ala,Gly,Val,Leu,Ile,),芳香族氨基酸(Phe,Tyr,Trp,His),酰胺或羧基侧链氨基酸(Asp,Glu,Asn,Gln),碱性侧链氨基酸(Lys,Arg),含硫氨基酸(Cys,Met),含醇氨基酸(Ser,Thr),亚氨型基酸(Pro)。多肽化学合成中氨基酸的保护非常关键,直接决定了合成能够成功的关键。因为常见的20中氨基酸中有很多都是带有活性侧链的,需要进行保护,一般要求,这些保护基在合成过程中稳定,无副反应,合成结束后可以完全定量的脱除。合成中需要进行保护的氨基酸包括:Cys,Asp,Glu,His,Lys,Asn,Gln,Arg,Ser,Thr,Trp,Tyr。需要进行保护的基团:羟基,羧基,巯基,氨基,酰胺基,胍基,吲哚,咪唑等。其中Trp也可以不保护,因为吲哚性质比较稳定。当然在特殊的情况下,有些氨基酸也可以不保护,象Asn,Gln,Thr,Tyr。
目前多肽合成中,主要采用羧基活化方法来完成接肽反应,最早使用的是将氨基酸活化为酰氯,叠氮,对称酸酐以及混合酸酐的方法,但是由于这些条件下,存在氨基酸消旋,以及反应试剂危险以及制备比较复杂,逐渐被后来的缩合试剂取代,按照其结构可以分为两种:缩合试剂主要有:碳二亚胺型,鎓盐
型(Uronium)
碳二亚胺型
主要包括:DCC,DIC,EDC.HCl等。采用DCC进行反应,由于反应中生成的DCU,在DMF中溶解度很小,产生白沉淀,所以一般不用在固相合成中,但是由于其价格便宜,在液相合成中,可以通过过滤除去,应用仍然相当广泛。EDC.HCl因为其水溶解性的特点,在多肽与蛋白的连接中使用比较多,而且也相当成功。但是该类型的缩合试剂的一个最大的缺点,就是如果单独使用,会有比较多的副反应,但是研究表明如果在活化过程中添加HOBt,HOAt等试剂,可以将其副反应控制在很低的范围。其反应机理如下:
鎓盐型
鎓盐型缩合试剂反应活性高,速度快,现在使用非常广泛,主要包括:HBTU,TBTU,HATU,PyBOP等。该试剂使用过程中需要添加有机碱,如,二异丙基乙胺(DIEA),N-甲基吗啉(NMM),该试剂加入后,才能活化氨基酸。其反应机理如下:
液相多肽合成
液相多肽合成现在仍然广泛的使用,在合成短肽和多肽片段上具有合成规模大,合成成本低的显著优点,而且由于是在均相中进行反应,可以选择的反应条件更加丰富,象一些催化氢化,碱性水解等条件,都可以使用,这在固相中,使用却由于反应效率低,以及副反应等原因,无法应用。液相多肽合成中主要采用BOC和Z两种反应策略。
sata连接器
固相多肽合成
排火固相多肽合成现在使用的主要有两种策略:BOC和FMOC两种。BOC方法合成过程中,需要反复使用TFA脱BOC,而且在最后从树脂切割下来需要使用HF,由于HF必须使用
专门的仪器进行操作,而且切割过程中容易产生副反应,因此现在使用受到实验条件限制,使用也逐渐减少。FMOC方法反应条件温和,在一般的实验条件下就可以进行合成,因此,也得到了非常广泛的应用。
图5FMOC固相合成Glu-Trp
固相多肽合成中常用树脂
固相合成中树脂,一般都是聚苯乙烯-二乙烯苯材料,大小在75-150μm,交联度在1-2%之间,现在使用的大多是1%,因为这种交联度下,树脂在DMF,DCM中具有很好的溶胀性能,立体上是一个空间网状结构,反应物分子可以在树脂内部自由移动。树脂中最关键的部分是连接手臂,它一端连接在树脂上,一端作为反应位点。目前广泛使用的树脂有:PAM,MBHA,Wang,2-Cl-Trt,Rink-Amide-MBHA等。其中PAM,MBHA是用在BOC策略中,因为其对酸非常稳定,需要在HF,TFMSA等强酸条件下才能够切割下来。
图6固相多肽合成常用树脂
多肽合成中茚三酮检测
固相多肽合成中,主要是通过检测树脂上游离氨基来判断连接效率,检测方法称为Kaiser方法,其检测结果,如果有游离氨基的时候,显示兰,或红褐(pro,ser,His)。Kaiser试剂包括:
A,6%茚三酮的乙醇溶液
B,80%苯酚的乙醇溶液烧结烟气脱硫
C,2%0.001M KCN的吡啶溶液
配制中的吡啶需要经过茚三酮处理后,重蒸后再使用。检测过程,取少量树脂,加入A,B,C各2-3滴,100℃下加热1-2min,如果溶液有兰,或树脂出现兰,红褐,表明还有游离氨基,否则说明连接完全。还有其它检测游离氨基的方法:三硝基苯磺酸法,法,溴芬兰法等。
图7茚三酮检测原理
固相多肽合成切割方法
固相多肽合成完成之后,必须选择合适的切割试剂将多肽从树脂上切割下来,然后经过冰乙醚沉淀,离心收集沉淀,经过HPLC分离纯化,冷冻干燥得到最后产品。由于选择的树脂不同,氨基酸序列不同,在切割时候,选择的切割方法也不完全相同,一般都是选择酸性条件下切割的条件,对于PAM,MBHA树脂,一般采用HF切割,切割过程中需要添加对甲苯酚,对巯基苯酚,苯甲醚等试剂。而对于Wang,Rink-Amide,Trt树脂,一般采用TFA 切割,切割过程中加入,乙二硫醇,苯甲硫醚,水,三异丙基硅烷,苯酚等。这些添加试剂主要作为碳正离子俘获试剂使用,目的是俘获切割反应过程中生成的碳正离子,减少这些碳正离子对部分氨基酸侧链的进攻导致的副反应,比较容易产生副反应的氨
基酸有:Trp,Tyr。切割试剂用量一般10-15ml/g树脂。常用的切割配比:HF/p-cresol/p-thiocresol(90/5/5),TFA/TIS/EDT/H2O(94/1/2.5/2.5),反应一般是在室温条件下2h-4h。
多肽合成中消旋及其反应机理
多肽合成过程中,部分氨基酸在活化的过程中会导致不同程度的消旋,特别容易消旋的氨基酸有:Cys,His,Phe,当然这些消旋化还和溶剂,温度以及合成中的有机碱等因素有关。对于这些氨基酸,可以通过采用高效缩合试剂,减少反应时间,可以减少消旋的比例,一般条件选择适当,消旋化都可以控制在5%以内。消旋反应机理如下:
抱毯图8消旋反应机理
多肽合成中二酮哌嗪(DKP)反应
二酮哌嗪反应DKP副反应出现在FMOC-Wang树脂合成过程中,主要出现在第一个氨基酸为Pro的时候,当第二个氨基酸脱FMOC的时候,α-氨基被游离出来之后,立即对Wang 树脂的苄酯键进行分子
内胺解,生成六元环二酮哌嗪衍生物,同时从Wang树脂上释放出来,导致反应终止。该反应非常迅速,文献报道采用50%Pip/DMF,脱1min,4min的条件,但是我们实验证明在多数情况下,即使是1min左右反应就超过了20%。因此一般在末端第一个氨基酸为Pro的时候,建议采用2-Cl-Trt树脂合成,由于该树脂巨大的空间阻力,可以完全消除该副反应。这个副反应在BOC策略合成过程中,却可以完全避免,因为BOC在使用TFA脱除后,使氨基以TFA盐的形式存在,从而失去了亲核性,不能进攻苄酯键。
图9DKP反应机理
增量式光电编码器<70
困难序列的多肽合成
固相多肽合成中也经常遇到多肽合成失败或合成效率很低的问题,这里面的主要原因是由于多肽序列引起的,因为有些多肽序列在树脂上形成β-折叠,改变了树脂的溶胀性能,还有可能将反应的活性位点埋藏在树脂里面,这样使得反应很难进行,目前报道使用的主要

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