stringtranslate.com

Синтез пептидов

Связывание двух аминокислот в растворе. Незащищенный амин одной реагирует с незащищенной карбоксильной кислотной группой другой с образованием пептидной связи . В этом примере вторая реактивная группа (амин/кислота) в каждом из исходных материалов несет защитную группу .

В органической химии синтез пептидов — это производство пептидов , соединений, в которых несколько аминокислот связаны амидными связями, также известными как пептидные связи . Пептиды химически синтезируются путем реакции конденсации карбоксильной группы одной аминокислоты с аминогруппой другой. Стратегии защитных групп обычно необходимы для предотвращения нежелательных побочных реакций с различными боковыми цепями аминокислот. [1] Химический синтез пептидов чаще всего начинается с карбоксильного конца пептида (C-конца) и продолжается по направлению к аминоконцу ( N-концу ). [2] Биосинтез белка (длинных пептидов) в живых организмах происходит в противоположном направлении.

Химический синтез пептидов может быть осуществлен с использованием классических методов в фазе раствора, хотя в большинстве исследовательских и опытно-конструкторских работ они были заменены твердофазными методами (см. ниже). [3] Более того, синтез в фазе раствора сохраняет свою полезность в крупномасштабном производстве пептидов для промышленных целей.

Химический синтез облегчает производство пептидов, которые трудно экспрессировать в бактериях, включение неприродных аминокислот, модификацию пептидного/белкового остова и синтез D-белков, которые состоят из D-аминокислот .

Твердофазный синтез

Схема твердофазного синтеза пептидов (ТФСП).
Схема твердофазного синтеза пептидов (SPPS) на смоле в качестве твердого носителя с защищенными аминокислотами . Снятие защиты обычно выполняется с использованием основания , такого как пиперидин . Затем следует этап связывания (добавляется защищенная аминокислота) к растущей пептидной цепи. Связывающие реагенты (например, HBTU , HATU или DIC ) используются для образования пептидной связи . За окончательным снятием защиты следует расщепление .

Установленный метод получения синтетических пептидов в лабораторных условиях известен как твердофазный пептидный синтез (SPPS). [2] Впервые предложенный Робертом Брюсом Меррифилдом , [4] [5] SPPS позволяет быстро собирать пептидную цепь посредством последовательных реакций производных аминокислот на макроскопически нерастворимой, набухшей в растворителе, смоляной подложке в виде гранул. [ необходима ссылка ]

Твердая подложка состоит из небольших полимерных смоляных шариков, функционализированных реактивными группами (такими как амино- или гидроксильные группы), которые связываются с зарождающейся пептидной цепью. [2] Поскольку пептид остается ковалентно прикрепленным к подложке на протяжении всего синтеза, избыток реагентов и побочных продуктов можно удалить промывкой и фильтрацией. Такой подход позволяет обойти сравнительно длительную изоляцию пептидного продукта из раствора после каждого этапа реакции, которая потребовалась бы при использовании обычного синтеза в фазе раствора. [ необходима цитата ]

Каждая аминокислота, которая должна быть связана с N-концом пептидной цепи, должна быть защищена на своем N-конце и боковой цепи с помощью соответствующих защитных групп, таких как Boc (кислотолабильная) или Fmoc (основолабильная), в зависимости от боковой цепи и используемой стратегии защиты (см. ниже). [1]

Общая процедура SPPS представляет собой один из повторяющихся циклов альтернативного снятия защиты с N-конца и реакций связывания. Смолу можно промывать между каждым шагом. [2] Сначала аминокислота связывается со смолой. Затем снимается защита с амина, а затем связывается с активированной карбоксильной группой следующей добавляемой аминокислоты. Этот цикл повторяется до тех пор, пока не будет синтезирована желаемая последовательность. Циклы SPPS могут также включать этапы кэпирования, которые блокируют концы непрореагировавших аминокислот от реакции. В конце синтеза сырой пептид отщепляется от твердого носителя, одновременно удаляя все защитные группы с помощью реагента, такого как трифторуксусная кислота. [2] Сырой пептид можно осадить из неполярного растворителя, такого как диэтиловый эфир, чтобы удалить органические растворимые побочные продукты. Сырой пептид можно очистить с помощью обращенно-фазовой ВЭЖХ . [6] [7] Процесс очистки, особенно более длинных пептидов, может быть сложным, поскольку необходимо удалить кумулятивные количества многочисленных второстепенных побочных продуктов, которые имеют свойства, схожие со свойствами желаемого пептидного продукта. По этой причине так называемые процессы непрерывной хроматографии, такие как MCSGP, все чаще используются в коммерческих условиях для максимизации выхода без ущерба для чистоты. [8]

SPPS ограничен выходами реакции из-за экспоненциального накопления побочных продуктов, и обычно пептиды и белки в диапазоне 70 аминокислот расширяют пределы синтетической доступности. [2] Синтетическая сложность также зависит от последовательности; обычно склонные к агрегации последовательности, такие как амилоиды [9], трудно изготавливать. Более длинные длины могут быть получены с помощью подходов лигирования, таких как нативное химическое лигирование , где два более коротких полностью снятых защиты синтетических пептида могут быть соединены в растворе.

Реагенты для связывания пептидов

Важной особенностью, которая позволила широко применять SPPS, является получение чрезвычайно высоких выходов на этапе связывания. [2] Требуются высокоэффективные условия образования амидной связи. Чтобы проиллюстрировать влияние субоптимальных выходов связывания для данного синтеза, рассмотрим случай, когда каждый этап связывания должен был иметь выход не менее 99%: это привело бы к общему выходу сырой продукции 77% для пептида из 26 аминокислот (предполагая 100% выход при каждом снятии защиты); если бы каждое связывание было эффективным на 95%, общий выход составил бы 25%. [10] [11] и добавление избытка каждой аминокислоты (от 2 до 10 раз). Минимизация рацемизации аминокислот во время связывания также имеет жизненно важное значение для предотвращения эпимеризации в конечном пептидном продукте. [ необходима цитата ]

Образование амидной связи между амином и карбоновой кислотой происходит медленно , и поэтому обычно требует «реагентов сочетания» или «активаторов». Существует широкий спектр реагентов сочетания, отчасти из-за их различной эффективности для конкретных сочетаний, [12] [13] многие из этих реагентов коммерчески доступны.

Карбодиимиды

Образование амидной связи с использованием DIC/HOBt. [11]

Карбодиимиды, такие как дициклогексилкарбодиимид (DCC) и диизопропилкарбодиимид (DIC), часто используются для образования амидной связи. [11] Реакция протекает через образование высокореактивной O -ацилизомочевины . Этот реактивный промежуточный продукт подвергается атаке пептидного N-концевого амина, образуя пептидную связь. Образование O - ацилизомочевины происходит быстрее всего в неполярных растворителях, таких как дихлорметан. [14]

DIC особенно полезен для SPPS, поскольку в жидком виде он легко дозируется, а побочный продукт мочевины легко смывается. Напротив, родственный карбодиимид 1-этил-3-(3-диметиламинопропил)карбодиимид (EDC) часто используется для пептидных соединений в растворной фазе, поскольку его побочный продукт мочевины может быть удален промывкой во время водной обработки . [11]

ХОБт
HOAt
Эффект соседней группы HOAt

Активация карбодиимида открывает возможность для рацемизации активированной аминокислоты. [11] Рацемизацию можно обойти с помощью добавок, подавляющих рацемизацию, таких как триазолы 1-гидрокси-бензотриазол (HOBt) и 1-гидрокси-7-аза-бензотриазол (HOAt). Эти реагенты атакуют промежуточный продукт O -ацилизомочевины, образуя активный эфир , который впоследствии реагирует с пептидом, образуя желаемую пептидную связь. [15] Этилцианогидроксииминоацетат (Oxyma), добавка для связывания карбодиимида, действует как альтернатива HOAt. [16]

Соли амидиния и фосфония

Чтобы избежать эпимеризации через промежуточное соединение O-ацилизомочевины, образующееся при использовании карбодиимидного реагента, можно использовать амидиниевый или фосфониевый реагент. Эти реагенты состоят из двух частей: электрофильная часть, которая дезоксигенирует карбоновую кислоту ( синий ) и замаскированная нуклеофильная часть ( красный ). Нуклеофильная атака карбоновой кислоты на электрофильное амидиниевое или фосфониевое звено приводит к короткоживущему промежуточному соединению, которое быстро захватывается незамаскированным нуклеофилом с образованием активированного эфирного промежуточного соединения и побочного продукта мочевины или фосфорамида . Эти катионные реагенты имеют некоординирующие противоанионы, такие как гексафторфосфат или тетрафторборат . [10] Идентичность этого аниона обычно указывается первой буквой в аббревиатуре реагента, хотя номенклатура может быть непоследовательной. Например, H BTU представляет собой гексафторфосфатную соль, а T BTU представляет собой тетрафторборатную соль. Помимо HBTU и HATU, другие распространенные реагенты включают HCTU (6-ClHOBt), TCFH (хлорид) и COMU (этилциано(гидроксиимино)ацетат). Амидиниевые реагенты, включающие гидроксибензотриазольные фрагменты, могут существовать в N-форме (гуанадиний) или O-форме (уроний), но N-форма, как правило, более стабильна. [17] Фосфониевые реагенты включают BOP (HOBt), PyBOP (HOBt) и PyAOP (HOAt). [18] Хотя эти реагенты могут приводить к тем же активированным эфирным промежуточным соединениям, что и карбодиимидный реагент, скорость активации выше из-за высокой электрофильности этих катионных реагентов. [19] Амидиниевые реагенты способны реагировать с N-концом пептида с образованием неактивного побочного продукта гуанидино , тогда как фосфониевые реагенты не способны на это. [20]

ангидрид пропанфосфоновой кислоты

С конца 2000-х годов ангидрид пропанфосфоновой кислоты , продаваемый в коммерческих целях под различными названиями, такими как «T3P», стал полезным реагентом для образования амидной связи в коммерческих приложениях. Он преобразует кислород карбоновой кислоты в уходящую группу, побочные продукты пептидной связи которой являются водорастворимыми и могут быть легко вымыты. При сравнении производительности ангидрида пропанфосфоновой кислоты и других реагентов пептидной связи для получения нонапептидного препарата было обнаружено, что этот реагент превосходит другие реагенты в отношении выхода и низкой эпимеризации. [21]

Твердые опоры

Сшитый полистирол является наиболее распространенной твердой основой, используемой в SPPS.

Твердые носители для синтеза пептидов выбираются по физической стабильности, чтобы обеспечить быструю фильтрацию жидкостей. Подходящие носители инертны к реагентам и растворителям, используемым во время SPPS, и позволяют прикрепить первую аминокислоту. [22] Набухание имеет большое значение, поскольку синтез пептидов происходит внутри набухших пор твердого носителя. [23]

Три основных типа твердых носителей: гелевые носители, поверхностные носители и композиты. [22] Улучшения твердых носителей, используемых для синтеза пептидов, повышают их способность выдерживать повторное использование TFA во время этапа снятия защиты SPPS. [24] Используются две основные смолы в зависимости от того, требуется ли C-концевая карбоновая кислота или амид. Смола Ванга была, по состоянию на 1996 год , наиболее часто используемой смолой для пептидов с C-концевыми карбоновыми кислотами. [25] [ требуется обновление ]

Схемы защиты групп

Как описано выше, использование защитных групп N-конца и боковой цепи необходимо во время синтеза пептидов, чтобы избежать нежелательных побочных реакций, таких как самосвязывание активированной аминокислоты, приводящее к ( полимеризации ). [1] Это будет конкурировать с предполагаемой реакцией связывания пептидов, что приведет к низкому выходу или даже полной неспособности синтезировать желаемый пептид. [ необходима цитата ]

В твердофазном синтезе пептидов обычно используются две основные схемы защитных групп: так называемые подходы Boc/бензил и Fmoc/ третбутил . [2] Стратегия Boc/Bzl использует TFA -лабильную защиту N-конца Boc вместе с защитой боковой цепи, которая удаляется с помощью безводного фтористого водорода на заключительном этапе расщепления (с одновременным расщеплением пептида от твердой подложки). Fmoc/tBu SPPS использует лабильную по отношению к основаниям защиту N-конца Fmoc с защитой боковой цепи и связью смолы, которые являются кислотолабильными (окончательное кислотное расщепление осуществляется с помощью обработки TFA).

Оба подхода, включая преимущества и недостатки каждого, более подробно описаны ниже.

Boc/Bzl SPPS

Расщепление группы Boc

До появления SPPS методы растворения для химического синтеза пептидов основывались на трет -бутилоксикарбониле (сокращенно «Boc») в качестве временной N-концевой α-аминозащитной группы. Группа Boc удаляется кислотой, такой как трифторуксусная кислота (TFA). Это образует положительно заряженную аминогруппу в присутствии избытка TFA (обратите внимание, что аминогруппа не протонирована на изображении справа), которая нейтрализуется и связывается с входящей активированной аминокислотой. [26] Нейтрализация может происходить либо до связывания, либо in situ во время основной реакции связывания.

Подход Boc/Bzl сохраняет свою полезность для снижения агрегации пептидов во время синтеза. [27] Кроме того, подход Boc/бензил SPPS может быть предпочтительнее подхода Fmoc/ трет- бутил при синтезе пептидов, содержащих чувствительные к основанию фрагменты (такие как депсипептиды или тиоэфирные фрагменты), поскольку на этапе снятия защиты Fmoc требуется обработка основанием (см. ниже).

Постоянные защитные группы боковой цепи, используемые во время Boc/бензил SPPS, обычно представляют собой бензил или группы на основе бензила. [1] Окончательное удаление пептида с твердой подложки происходит одновременно со снятием защиты боковой цепи с использованием безводного фтористого водорода посредством гидролитического расщепления. Конечный продукт представляет собой фторидную соль, которую относительно легко растворить. Поглотители, такие как крезол, должны быть добавлены к HF, чтобы предотвратить образование нежелательных побочных продуктов реактивными катионами.

Фмок/тБу SPPS

Расщепление группы Fmoc. Обработка амина, защищенного Fmoc, пиперидином приводит к отрыву протона от метиновой группы флуоренильной кольцевой системы. Это приводит к высвобождению карбамата , который распадается на диоксид углерода ( CO2 ) и свободный амин. Также образуется дибензофульвен . Эта реакция может происходить из - за кислотности флуоренильного протона , возникающей в результате стабилизации образовавшегося ароматического аниона. Побочный продукт дибензофульвен может реагировать с нуклеофилами , такими как пиперидин (который находится в большом избытке), или потенциально с высвобожденным амином. [28]

Использование N-концевой защиты Fmoc допускает более мягкую схему снятия защиты, чем используемая для Boc/Bzl SPPS, и эта схема защиты действительно ортогональна в условиях SPPS. [29] Для снятия защиты Fmoc используется основание, обычно 20–50% пиперидина в ДМФА . [22] Таким образом, экспонированный амин нейтрален, и, следовательно, не требуется нейтрализации пептидной смолы, как в случае подхода Boc/Bzl. Однако отсутствие электростатического отталкивания между пептидными цепями может привести к повышенному риску агрегации с Fmoc/ tBu SPPS. Поскольку освобожденная флуоренилгруппа является хромофором, снятие защиты Fmoc можно контролировать с помощью УФ-поглощения реакционной смеси, стратегия, которая используется в автоматизированных синтезаторах пептидов.

Способность группы Fmoc расщепляться в относительно мягких основных условиях, будучи при этом устойчивой к кислоте, позволяет использовать защитные группы боковой цепи, такие как Boc и t Bu, которые могут быть удалены в более мягких кислотных условиях окончательного расщепления (TFA), чем те, которые используются для окончательного расщепления в Boc/Bzl SPPS (HF). Поглотители, такие как вода и триизопропилсилан (TIPS), чаще всего добавляются во время окончательного расщепления, чтобы предотвратить побочные реакции с реактивными катионными видами, высвобождаемыми в результате снятия защиты боковой цепи. Тем не менее, можно использовать и многие другие соединения-поглотители. [30] [31] [32] Полученный сырой пептид получают в виде соли TFA, которую потенциально труднее растворить, чем фторидные соли, образующиеся в Boc SPPS.

Fmoc/ t Bu SPPS менее атомно-экономичен , так как флуорениловая группа намного больше, чем группа Boc. Соответственно, цены на аминокислоты Fmoc были высокими до тех пор, пока в 1990-х годах не началось крупномасштабное пилотирование одного из первых синтезированных пептидных препаратов, энфувиртида , когда рыночный спрос скорректировал относительные цены на аминокислоты Fmoc- и Boc-.

Другие защитные группы

Бензилокси-карбонил

Группа (Z) — это еще одна защитная группа амина карбаматного типа, открытая Леонидасом Зервасом в начале 1930-х годов и обычно добавляемая посредством реакции с бензилхлорформиатом . [33]

Введение защитной группы Z из реакции с бензилхлорформиатом (Z-хлоридом)

Его удаляют в жестких условиях с использованием HBr в уксусной кислоте или в более мягких условиях каталитического гидрирования .

Эта методология была впервые использована в синтезе олигопептидов Зервасом и Максом Бергманном в 1932 году. [34] Таким образом, это стало известно как синтез Бергмана-Зерваса, который был охарактеризован как «эпохальный» и помог создать синтетическую пептидную химию как отдельную область. [33] Он представлял собой первый полезный лабораторный метод для контролируемого синтеза пептидов, позволяющий синтезировать ранее недостижимые пептиды с реактивными боковыми цепями, в то время как Z-защищенные аминокислоты также предотвращали рацемизацию . [33] [34]

Использование метода Бергмана-Зерваса оставалось стандартной практикой в ​​химии пептидов в течение двух полных десятилетий после его публикации, вытесненное более новыми методами (такими как защитная группа Boc) в начале 1950-х годов. [33] В настоящее время, хотя он периодически используется для защиты α-амина, он гораздо чаще используется для защиты боковой цепи.

Группы распределения и прочие

Аллилоксикарбонильная (аллок) защитная группа иногда используется для защиты аминогруппы (или группы карбоновой кислоты или спирта), когда требуется ортогональная схема снятия защиты. Она также иногда используется при проведении циклического пептидного образования на смоле, где пептид связан со смолой функциональной группой боковой цепи. Группу Аллок можно удалить с помощью тетракис(трифенилфосфин)палладия(0) . [35]

Для специальных применений, таких как синтетические этапы, включающие белковые микроматрицы , используются защитные группы, иногда называемые «литографическими», которые поддаются фотохимии при определенной длине волны света и, таким образом, могут быть удалены во время операций литографического типа. [36] [37] [38] [39]

Региоселективное образование дисульфидных связей

Образование множественных нативных дисульфидов остается сложной задачей для синтеза нативных пептидов твердофазными методами. Случайное сочетание цепей обычно приводит к нескольким продуктам с ненативными дисульфидными связями. [40] Поэтапное образование дисульфидных связей обычно является предпочтительным методом и выполняется с использованием тиоловых защитных групп. [41] Различные тиоловые защитные группы обеспечивают множественные измерения ортогональной защиты. Эти ортогонально защищенные цистеины включаются во время твердофазного синтеза пептида. Последовательное удаление этих групп, чтобы обеспечить селективное воздействие свободных тиоловых групп, приводит к образованию дисульфида поэтапным образом. Порядок удаления групп должен быть рассмотрен таким образом, чтобы за один раз удалялась только одна группа.

Тиоловые защитные группы, используемые в синтезе пептидов, требующих последующего региоселективного образования дисульфидной связи, должны обладать несколькими характеристиками. [42] [43] Во-первых, они должны быть обратимыми в условиях, которые не влияют на незащищенные боковые цепи. Во-вторых, защитная группа должна быть способна выдерживать условия твердофазного синтеза. В-третьих, удаление тиоловой защитной группы должно быть таким, чтобы оно оставляло нетронутыми другие тиоловые защитные группы, если желательна ортогональная защита. То есть удаление PG A не должно влиять на PG B. Некоторые из обычно используемых тиоловых защитных групп включают ацетамидометильные (Acm), трет- бутильные (But), 3-нитро-2-пиридинсульфенильные (NPYS), 2-пиридинсульфенильные (Pyr) и тритильные (Trt) группы. [42] Важно, что группа NPYS может заменить Acm PG, чтобы получить активированный тиол. [44]

Используя этот метод, Кисо и его коллеги сообщили о первом полном синтезе инсулина в 1993 году. [45] В этой работе А-цепь инсулина была подготовлена ​​со следующими защитными группами на ее цистеинах: CysA6(But), CysA7(Acm) и CysA11(But), оставив CysA20 незащищенным. [45]

Синтез пептидов с помощью микроволн

Синтез пептидов с использованием микроволнового излучения использовался для завершения длинных пептидных последовательностей с высокой степенью выхода и низкой степенью рацемизации. [46] [47]

Непрерывный твердофазный синтез пептидов

Первая статья, касающаяся непрерывного поточного синтеза пептидов, была опубликована в 1986 году [48], но из-за технических ограничений только в начале 2010-х годов больше академических групп начали использовать непрерывный поток для быстрого синтеза пептидов. [49] [50] Преимущества непрерывного потока по сравнению с традиционными периодическими методами заключаются в возможности нагревать реагенты с хорошим контролем температуры, что позволяет увеличить скорость кинетики реакции и свести к минимуму побочные реакции. [51] Длительность циклов варьируется от 30 секунд до 6 минут в зависимости от условий реакции и избытка реагента.

Благодаря встроенной аналитике, такой как УФ/видимая спектроскопия и использование реактора с переменным потоком (VBFR), который контролирует объем смолы, можно идентифицировать агрегацию на смоле и оценить эффективность связывания. [52]

Синтез длинных пептидов

Пошаговое удлинение, при котором аминокислоты соединяются шаг за шагом, идеально подходит для небольших пептидов, содержащих от 2 до 100 аминокислотных остатков. Другой метод — конденсация фрагментов , при которой фрагменты пептида соединяются. [53] [54] [55] Хотя первый метод может удлинять пептидную цепь без рацемизации , выход падает, если использовать его только для создания длинных или высокополярных пептидов. Конденсация фрагментов лучше, чем пошаговое удлинение, для синтеза сложных длинных пептидов, но ее использование должно быть ограничено, чтобы защитить от рацемизации. Конденсация фрагментов также нежелательна, поскольку связанный фрагмент должен быть в большом избытке, что может быть ограничением в зависимости от длины фрагмента. [56]

Новая разработка для получения более длинных пептидных цепей — химическое лигирование : незащищенные пептидные цепи реагируют хемоселективно в водном растворе. Первый кинетически контролируемый продукт перестраивается, образуя амидную связь. Наиболее распространенная форма нативного химического лигирования использует пептидный тиоэфир, который реагирует с терминальным остатком цистеина. [57]

Другие методы, применимые для ковалентного связывания полипептидов в водном растворе, включают использование расщепленных интеинов , [58] спонтанное образование изопептидных связей [59] и лигирование сортазой . [60]

Для оптимизации синтеза длинных пептидов в Medicon Valley был разработан метод преобразования пептидных последовательностей . [ требуется ссылка ] Простая предварительная последовательность (например, лизин (Lysn); глутаминовая кислота (Glun); (LysGlu)n), которая включается в C-конец пептида, чтобы индуцировать структуру, подобную альфа-спирали . Это может потенциально увеличить биологический период полураспада , улучшить стабильность пептида и ингибировать ферментативную деградацию без изменения фармакологической активности или профиля действия. [61] [62]

Циклические пептиды

О циклизации смолы

Пептиды могут быть циклизованы на твердой подложке. Можно использовать различные реагенты циклизации, такие как HBTU/HOBt/DIEA, PyBop/DIEA, PyClock/DIEA. [63] Пептиды «голова к хвосту» могут быть получены на твердой подложке. Снятие защиты с C-конца в некоторой подходящей точке позволяет проводить циклизацию на смоле путем образования амидной связи с незащищенным N-концом. После того, как циклизация произошла, пептид отщепляется от смолы путем ацидолиза и очищается. [64] [65]

Стратегия твердофазного синтеза циклических пептидов не ограничивается присоединением через боковые цепи Asp, Glu или Lys. Цистеин имеет очень реактивную сульфгидрильную группу на своей боковой цепи. Дисульфидный мостик создается, когда атом серы из одного цистеина образует одинарную ковалентную связь с другим атомом серы из второго цистеина в другой части белка. Эти мостики помогают стабилизировать белки, особенно те, которые секретируются клетками. Некоторые исследователи используют модифицированные цистеины с использованием S-ацетомидометила (Acm), чтобы блокировать образование дисульфидной связи, но сохранить цистеин и исходную первичную структуру белка. [66]

Циклизация вне смолы

Циклизация вне смолы представляет собой твердофазный синтез ключевых промежуточных продуктов, за которым следует ключевая циклизация в фазе раствора, окончательное снятие защиты любых замаскированных боковых цепей также осуществляется в фазе раствора. Это имеет недостатки, заключающиеся в том, что эффективность твердофазного синтеза теряется на этапах фазы раствора, что требуется очистка от побочных продуктов, реагентов и непревращенного материала, и что нежелательные олигомеры могут быть образованы, если задействовано образование макроцикла . [67]

Использование пентафторфениловых эфиров (FDPP, [68] PFPOH [69] ) и BOP-Cl [70] полезно для циклизации пептидов.

История

Первый защищенный пептид был синтезирован Теодором Курциусом в 1882 году, а первый свободный пептид был синтезирован Эмилем Фишером в 1901 году. [3]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcd Isidro-Llobet A, Alvarez M, Albericio F (июнь 2009 г.). «Группы защиты аминокислот». Chemical Reviews . 109 (6): 2455–2504. doi : 10.1021/cr800323s. hdl : 2445/69570 . PMID  19364121. S2CID  90409290.
  2. ^ abcdefgh Chan WC, White PD (2000). Синтез пептидов в твердой фазе Fmoc: практический подход . Оксфорд, Великобритания: OUP. ISBN 978-0-19-963724-9.
  3. ^ ab Jaradat DM (январь 2018 г.). «Тринадцать десятилетий пептидного синтеза: ключевые разработки в твердофазном пептидном синтезе и образовании амидной связи, используемой при лигировании пептидов». Аминокислоты . 50 (1): 39–68. doi :10.1007/s00726-017-2516-0. PMID  29185032. S2CID  3680612.
  4. ^ Merrifield RB (1963). «Твердофазный синтез пептидов. I. Синтез тетрапептида». J. Am. Chem. Soc. 85 (14): 2149–2154. doi :10.1021/ja00897a025.
  5. ^ Митчелл AR (2008). «Брюс Меррифилд и твердофазный пептидный синтез: историческая оценка». Биополимеры . 90 (3): 175–184. doi :10.1002/bip.20925. PMID  18213693. S2CID  30382016.
  6. ^ Mant CT, Chen Y, Yan Z, Popa TV, Kovacs JM, Mills JB и др. (2007). "Анализ ВЭЖХ и очистка пептидов". Характеристика пептидов и протоколы их применения . Методы в молекулярной биологии. Т. 386. Humana Press. стр. 3–55. doi :10.1007/978-1-59745-430-8_1. ISBN 978-1-59745-430-8. PMC  7119934 . PMID  18604941.
  7. ^ «Услуга по индивидуальному синтезу пептидов. ВЭЖХ означает высокоэффективную жидкостную хроматографию». Remetide Biotech . Ноябрь 2021 г.
  8. ^ Lundemann-Hombourger O (май 2013). «Идеальное пептидное растение» (PDF) . Speciality Chemicals Magazine : 30–33.
  9. ^ Tickler AK, Clippingdale AB, Wade JD (август 2004 г.). «Амилоид-бета как «сложная последовательность» в твердофазном синтезе пептидов». Protein and Peptide Letters . 11 (4): 377–384. doi :10.2174/0929866043406986. PMID  15327371.
  10. ^ ab El-Faham A, Albericio F (ноябрь 2011 г.). «Реагенты для связывания пептидов, больше, чем суп из букв». Chemical Reviews . 111 (11): 6557–6602. doi :10.1021/cr100048w. PMID  21866984.
  11. ^ abcde Montalbetti CA, Falque V (2005). «Образование амидной связи и пептидное сопряжение». Tetrahedron . 61 (46): 10827–10852. doi :10.1016/j.tet.2005.08.031.
  12. ^ Valeur E, Bradley M (февраль 2009 г.). «Формирование амидной связи: за пределами мифа о связующих реагентах». Chemical Society Reviews . 38 (2): 606–631. doi :10.1039/B701677H. PMID  19169468.
  13. ^ Эль-Фахам А., Альберисио Ф. (ноябрь 2011 г.). «Реагенты для связывания пептидов, больше, чем суп из букв». Chemical Reviews . 111 (11): 6557–6602. doi :10.1021/cr100048w. PMID  21866984.
  14. ^ Сингх С. (январь 2018 г.). «CarboMAX — улучшенное связывание пептидов при повышенных температурах» (PDF) . Примечание AP . 0124 : 1–5.
  15. ^ Жулье М.М., Лассен К.М. (2010). «Эволюция образования амидной связи». Аркивок . VIII (8): 189–250. дои : 10.3998/ark.5550190.0011.816 . hdl : 2027/spo.5550190.0011.816 .
  16. ^ Subirós-Funosas R, Prohens R, Barbas R, El-Faham A, Albericio F (сентябрь 2009 г.). «Oxyma: эффективная добавка для синтеза пептидов для замены HOBt и HOAt на основе бензотриазола с меньшим риском взрыва». Chemistry: A European Journal . 15 (37): 9394–9403. doi :10.1002/chem.200900614. PMID  19575348.
  17. ^ Карпино, Луис А.; Имадзуми, Хидеко; Эль-Фахам, Айман; Феррер, Фернандо Дж.; Чжан, Чонгву; Ли, Юнсуб; Фоксман, Брюс М.; Хенклейн, Питер; Ханай, Кристиан; Мюгге, Клеменс; Веншу, Хольгер; Клозе, Яна; Бейерманн, Михаэль; Бинерт, Михаэль (1 февраля 2002 г.). «Реагенты для связывания пептидов урония/гуанидиния: наконец-то истинные соли урония». Angewandte Chemie International Edition . 41 (3): 441–445. doi :10.1002/1521-3773(20020201)41:3<441::AID-ANIE441>3.0.CO;2-N.
  18. ^ Мансур, Тарек; Бардхан, Суджата; Ван, Чжао-Куй (2010). «Реакции образования связей, опосредованные фосфонием и бензотриазолилокси, и их синтетические применения». Synlett (8): 1143–1169. doi :10.1055/s-0029-1219820. ISSN  0936-5214.
  19. ^ Albericio F, Bofill JM, El-Faham A, Kates SA (1998). «Использование реагентов для связывания на основе ониевых солей в синтезе пептидов». J. Org. Chem . 63 (26): 9678–9683. doi :10.1021/jo980807y.
  20. ^ Альберисио, Фернандо; Кейс, Марта; Альсина, Хорди; Триоло, Сальваторе А.; Карпино, Луис А.; Кейтс, Стивен А. (7 июля 1997 г.). «Об использовании PyAOP, соли фосфония, полученной из HOAt, в твердофазном синтезе пептидов». Tetrahedron Letters . 38 (27): 4853–4856. doi :10.1016/S0040-4039(97)01011-3. ISSN  0040-4039.
  21. ^ Хибл, Дж.; Баумгартнер, Х.; Бернвизер, И.; Бланка, М.; Бодентайх, М.; Лейтнер, К.; Рио, А.; Ровенски, Ф.; Альбертс, Д.П.; Бхатнагар, П.К.; Баньярд, А.Ф.; Бареш, К.; Эш, П.М.; Коллманн, Х.; Майрхофер, Г. (1999). "Крупномасштабный синтез гематорегуляторного нонапептида SK&F 107647 путем соединения фрагментов". Журнал исследований пептидов . 54 (1): 54–65. doi :10.1034/j.1399-3011.1999.00089.x. ISSN  1397-002X.
  22. ^ abc Albericio F (2000). Твердофазный синтез: практическое руководство (1-е изд.). Boca Raton: CRC Press. стр. 848. ISBN 978-0-8247-0359-2.
  23. ^ Кент СБ (1988). «Химический синтез пептидов и белков». Annual Review of Biochemistry . 57 (1): 957–989. doi :10.1146/annurev.bi.57.070188.004521. PMID  3052294.
  24. ^ Feinberg RS, Merrifield RB (1974). «Хлорметилирование смол, катализируемое хлоридом цинка, для твердофазного синтеза пептидов». Tetrahedron . 30 (17): 3209–3212. doi :10.1016/S0040-4020(01)97575-1.
  25. ^ Hermkens PH, Ottenheijm HC, Rees DC (1997). "Твердофазные органические реакции II: Обзор литературы ноябрь 95 – ноябрь 96". Tetrahedron . 53 (16): 5643–5678. doi :10.1016/S0040-4020(97)00279-2.
  26. ^ Schnolzer MA, Jones A, Alewood D, Kent SB (2007). «In situ Neutralization in Boc-chemistry Solid Phase Peptide Synthesis». Int. J. Peptide Res. Therap . 13 (1–2): 31–44. doi :10.1007/s10989-006-9059-7. S2CID  28922643.
  27. ^ Бейерманн М., Бинерт М. (1992). «Синтез сложных пептидных последовательностей: сравнение Fmoc- и BOC-техник». Tetrahedron Letters . 33 (26): 3745–3748. doi :10.1016/0040-4039(92)80014-B.
  28. ^ Джонс Дж. (1992). Синтез аминокислот и пептидов . Оксфорд, Великобритания: Oxford University Press.
  29. ^ Luna OF, Gomez J, Cárdenas C, Albericio F, Marshall SH, Guzmán F (ноябрь 2016 г.). «Реагенты для снятия защиты в твердофазном синтезе пептидов Fmoc: отход от пиперидина?». Molecules . 21 (11): 1542. doi : 10.3390/molecules21111542 . PMC 6274427 . PMID  27854291. 
  30. ^ Хуан Х, Рабенштейн ДЛ (май 1999). «Коктейль расщепления для пептидов, содержащих метионин». Журнал исследований пептидов . 53 (5): 548–553. doi :10.1034/j.1399-3011.1999.00059.x. PMID  10424350.
  31. ^ "Cleavage Cocktails; Reagent B; Reagent H; Reagent K; Reagent L; Reagent R". AAPPTEC . Получено 13 ноября 2022 г. .
  32. ^ Dick F (1995). "Кислотное расщепление/снятие защиты в твердофазном синтезе пептидов Fmoc/tBiu". В Pennington MW, Dunn BM (ред.). Протоколы синтеза пептидов . Методы в молекулярной биологии. Т. 35. Totowa, NJ: Humana Press. стр. 63–72. doi :10.1385/0-89603-273-6:63. ISBN 978-1-59259-522-8. PMID  7894609.
  33. ^ abcd Katsoyannis PG, ред. (1973). Химия полипептидов. Нью-Йорк: Plenum Press. doi :10.1007/978-1-4613-4571-8. ISBN 978-1-4613-4571-8. S2CID  35144893.
  34. ^ аб Бергманн М , Зервас Л (1932). «Über ein allgemeines Verfahren der Peptid-Synthese». Берихте дер немецкое химическое общество . 65 (7): 1192–1201. дои : 10.1002/cber.19320650722.
  35. ^ Thieriet N, Alsina J, Giralt E, Guibé F, Albericio F (1997). «Использование Alloc-аминокислот в твердофазном синтезе пептидов. Реакции тандемного снятия защиты-связывания с использованием нейтральных условий». Tetrahedron Letters . 38 (41): 7275–7278. doi :10.1016/S0040-4039(97)01690-0.
  36. ^ Shin DS, Kim DH, Chung WJ, Lee YS (сентябрь 2005 г.). «Комбинаторный твердофазный синтез пептидов и биоанализы». Журнал биохимии и молекулярной биологии . 38 (5): 517–525. doi : 10.5483/BMBRep.2005.38.5.517 . PMID  16202229.
  37. ^ Price JV, Tangsombatvisit S, Xu G, Yu J, Levy D, Baechler EC и др. (сентябрь 2012 г.). «О кремниевых пептидных микрочипах для высокоразрешающего картирования эпитопов антител и разнообразных белок-белковых взаимодействий». Nature Medicine . 18 (9): 1434–1440. doi :10.1038/nm.2913. PMC 3491111 . PMID  22902875. 
  38. ^ Hedberg-Dirk EL, Martinez UA (8 августа 2010 г.). «Крупномасштабные белковые массивы, созданные с помощью интерферометрической литографии для пространственного контроля взаимодействий клеток и материалов». Журнал наноматериалов . 2010 : e176750. doi : 10.1155/2010/176750 . ISSN  1687-4110.
  39. ^ Fodor SP, Read JL, Pirrung MC, Stryer L, Lu AT, Solas D (февраль 1991). «Светонаправленный, пространственно адресуемый параллельный химический синтез». Science . 251 (4995): 767–773. Bibcode :1991Sci...251..767F. doi :10.1126/science.1990438. PMID  1990438.
  40. ^ Tam JP, Wu CR, Liu W, Zhang JW (1991). «Образование дисульфидных связей в пептидах диметилсульфоксидом. Область применения и применение». J. Am. Chem. Soc . 113 (17): 6657–6662. doi :10.1021/ja00017a044.
  41. ^ Зибер П., Камбер Б., Хартманн А., Йоль А., Риникер Б., Риттель В. (январь 1977 г.). «[Тотальный синтез человеческого инсулина. IV. Описание заключительных стадий (авторский перевод)]». Helvetica Chimica Acta . 60 (1): 27–37. дои : 10.1002/hlca.19770600105. ПМИД  838597.
  42. ^ ab Spears RJ, McMahon C, Chudasama V (октябрь 2021 г.). «Защитные группы цистеина: применение в науке о пептидах и белках». Chemical Society Reviews . 50 (19): 11098–11155. doi : 10.1039/D1CS00271F . PMID  34605832. S2CID  238258277.
  43. ^ Laps S, Atamleh F, Kamnesky G, Sun H, Brik A (февраль 2021 г.). «Общая синтетическая стратегия региоселективного сверхбыстрого образования дисульфидных связей в пептидах и белках». Nature Communications . 12 (1): 870. Bibcode :2021NatCo..12..870L. doi :10.1038/s41467-021-21209-0. PMC 7870662 . PMID  33558523. 
  44. ^ Ottl J, Battistuta R, Pieper M, Tschesche H, Bode W, Kühn K, Moroder L (ноябрь 1996 г.). «Проектирование и синтез гетеротримерных коллагеновых пептидов со встроенным цистиновым узлом. Модели катаболизма коллагена матриксными металлопротеазами». FEBS Letters . 398 (1): 31–36. doi : 10.1016/S0014-5793(96)01212-4 . PMID  8946948. S2CID  24688988.
  45. ^ ab Akaji K, Fujino K, Tatsumi T, Kiso Y (1993). «Полный синтез человеческого инсулина путем региоселективного образования дисульфида с использованием метода силилхлорида-сульфоксида». Журнал Американского химического общества . 115 (24): 11384–11392. doi :10.1021/ja00077a043.
  46. ^ Pedersen SL, Tofteng AP, Malik L, Jensen KJ (март 2012 г.). «Микроволновое нагревание в твердофазном синтезе пептидов». Chemical Society Reviews . 41 (5): 1826–1844. doi :10.1039/C1CS15214A. PMID  22012213.
  47. ^ Каппе CO, Штадлер A, Даллингер D (2012). Микроволны в органической и медицинской химии . Методы и принципы медицинской химии. Т. 52 (Второе изд.). Wiley. ISBN 9783527331857.
  48. ^ Драйленд А., Шеппард Р. К. (1986). «Синтез пептидов. Часть 8. Система для твердофазного синтеза в условиях непрерывного потока низкого давления». Журнал химического общества, Perkin Transactions 1 : 125–137. doi :10.1039/p19860000125. ISSN  0300-922X.
  49. ^ Simon MD, Heider PL, Adamo A, Vinogradov AA, Mong SK, Li X и др. (март 2014 г.). «Быстрый поточный синтез пептидов». ChemBioChem . 15 (5): 713–720. doi :10.1002/cbic.201300796. PMC 4045704 . PMID  24616230. 
  50. ^ Spare LK, Laude V, Harman DG, Aldrich-Wright JR, Gordon CP (2018). «Оптимизированный подход к непрерывному твердофазному синтезу пептидов с использованием элементарного проточного реактора». Reaction Chemistry & Engineering . 3 (6): 875–882. ​​doi :10.1039/C8RE00190A. ISSN  2058-9883.
  51. ^ Гордон CP (январь 2018 г.). «Возрождение непрерывного пептидного синтеза — сокращенный отчет о подходах на основе твердых и растворов». Органическая и биомолекулярная химия . 16 (2): 180–196. doi :10.1039/C7OB02759A. PMID  29255827.
  52. ^ Sletten ET, Nuño M, Guthrie D, Seeberger PH (декабрь 2019 г.). «Мониторинг твердофазного пептидного синтеза в реальном времени с использованием реактора с переменным потоком». Chemical Communications . 55 (97): 14598–14601. doi :10.1039/C9CC08421E. hdl : 21.11116/0000-0005-3E5F-D . PMID  31742308.
  53. ^ Muir TW, Sondhi D, Cole PA (июнь 1998 г.). «Лигирование экспрессируемых белков: общий метод белковой инженерии». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (12): 6705–6710. Bibcode : 1998PNAS...95.6705M. doi : 10.1073 /pnas.95.12.6705 . PMC 22605. PMID  9618476. 
  54. ^ Nilsson BL, Soellner MB, Raines RT (2005). «Химический синтез белков». Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure . 34 : 91–118. doi :10.1146/annurev.biophys.34.040204.144700. PMC 2845543. PMID 15869385  . 
  55. ^ Кент SB (февраль 2009). «Полный химический синтез белков». Chemical Society Reviews . 38 (2): 338–351. doi :10.1039/B700141J. PMID  19169452. S2CID  5432012.
  56. ^ Nyfeler R (7 ноября 1994 г.). Синтез пептидов посредством конденсации фрагментов . Методы в молекулярной биологии. Т. 35. Нью-Джерси: Humana Press. стр. 303–316. doi :10.1385/0-89603-273-6:303. ISBN 978-0-89603-273-6. PMID  7894607.
  57. ^ Flood DT, Hintzen JC, Bird MJ, Cistrone PA, Chen JS, Dawson PE (сентябрь 2018 г.). «Использование синтеза пиразола Кнорра для простого получения суррогатов тиоэфиров для использования в нативном химическом лигировании». Angewandte Chemie International Edition на английском языке . 57 (36): 11634–11639. doi :10.1002/anie.201805191. PMC 6126375. PMID  29908104 . 
    • «Пептидные тиоэфиры для нативного химического лигирования». Chemistry Views . 9 сентября 2018 г.
  58. ^ Aranko AS, Wlodawer A, Iwaï H (август 2014). «Природный рецепт расщепления интеинов». Protein Engineering, Design & Selection . 27 (8): 263–271. doi :10.1093/protein/gzu028. PMC 4133565. PMID  25096198 . 
  59. ^ Реддингтон SC, Ховарт M (декабрь 2015 г.). «Секреты ковалентного взаимодействия для биоматериалов и биотехнологии: SpyTag и SpyCatcher». Current Opinion in Chemical Biology . 29 : 94–99. doi : 10.1016/j.cbpa.2015.10.002 . PMID  26517567.
  60. ^ Харидас В., Саданандан С., Дипти Н.У. (сентябрь 2014 г.). «Биоорганические стратегии макромолекулярного синтеза на основе сортазы». ХимБиоХим . 15 (13): 1857–1867. дои : 10.1002/cbic.201402013. PMID  25111709. S2CID  28999405.
  61. ^ Kapusta DR, Thorkildsen C, Kenigs VA, Meier E, Vinge MM, Quist C, Petersen JS (август 2005 г.). «Фармакодинамическая характеристика ZP120 (Ac-RYYRWKKKKKKK-NH2), нового, функционально селективного частичного агониста пептидного рецептора ноцицептина/орфанина FQ с натрий-калийсберегающей акваретической активностью». Журнал фармакологии и экспериментальной терапии . 314 (2): 652–660. doi :10.1124/jpet.105.083436. PMID  15855355. S2CID  27318583.
  62. ^ Рицци А., Рицци Д., Марзола Г., Реголи Д., Ларсен Б.Д., Петерсен Дж.С., Кало Дж. (октябрь 2002 г.). «Фармакологическая характеристика нового лиганда рецептора ноцицептина / орфанина FQ, ZP120: исследования in vitro и in vivo на мышах». Британский журнал фармакологии . 137 (3): 369–374. дои : 10.1038/sj.bjp.0704894. ПМК 1573505 . ПМИД  12237257. 
  63. ^ Davies JS (август 2003 г.). «Циклизация пептидов и депсипептидов». Журнал пептидной науки . 9 (8): 471–501. doi : 10.1002/psc.491 . PMID  12952390.
  64. ^ Lambert JN, Mitchell JP, Roberts KD (1 января 2001 г.). «Синтез циклических пептидов». Журнал химического общества, Perkin Transactions 1 (5): 471–484. doi :10.1039/B001942I. ISSN  1364-5463.
  65. ^ Chow HY, Zhang Y, Matheson E, Li X (сентябрь 2019 г.). «Технологии лигирования для синтеза циклических пептидов». Chemical Reviews . 119 (17): 9971–10001. doi :10.1021/acs.chemrev.8b00657. PMID  31318534. S2CID  197666575.
  66. ^ Sieber P, Kamber B, Riniker B, Rittel W (10 декабря 1980 г.). «Окисление йодом S-тритил- и S-ацетамидометил-цистеин-пептидов, содержащих триптофан: условия, приводящие к образованию триптофан-2-тиоэфиров». Helvetica Chimica Acta . 63 (8): 2358–2363. doi :10.1002/hlca.19800630826.
  67. ^ Скотт П. (13 октября 2009 г.). Стратегии линкеров в твердофазном органическом синтезе . John Wiley & Sons. стр. 135–137. ISBN 978-0-470-74905-0.
  68. ^ Nicolaou KC, Natarajan S, Li H, Jain NF, Hughes R, Solomon ME и др. (октябрь 1998 г.). «Полный синтез агликона ванкомицина — часть 1: синтез аминокислот 4–7 и построение кольцевого скелета AB-COD». Angewandte Chemie . 37 (19): 2708–2714. doi :10.1002/(SICI)1521-3773(19981016)37:19<2708::AID-ANIE2708>3.0.CO;2-E. PMID  29711605.
  69. ^ East SP, Joullié MM (1998). «Синтетические исследования 14-членных циклопептидных алкалоидов». Tetrahedron Lett. 39 (40): 7211–7214. doi : 10.1016/S0040-4039(98)01589-5 .
  70. ^ Бейкер Р., Кастро Дж. Л. (1989). «Полный синтез (+)-макбецина I». Chem. Commun. (6): 378–381. doi :10.1039/C39890000378.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Синтез пептидов .