Prezentowano prosty, niedrogi i nowatorski aparat do syntezy peptydów w fazie stałej w komercyjnym reaktorze mikrofalowym.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Prezentowano prosty, niedrogi i nowatorski aparat do syntezy peptydów w fazie stałej w komercyjnym reaktorze mikrofalowym.
Prezentowano domowo zbudowane urządzenie do syntezy peptydów w fazie stałej (SPPS), wspomagane przez mikrofalowe napromieniowanie i ogrzewanie. W przeciwieństwie do konwencjonalnych zbiorników reakcyjnych SPPS, które odprowadzają odprowadzanie rozpuszczalnika i produktów ubocznych za pomocą fritu umieszczonego na dnie naczynia, prezentowane urządzenie wykorzystuje rurę dyspersyjną gazową pod próżnią do usuwania rozpuszczalnika, produktów ubocznych i nadmiaru odczynników. Ta sama rurka dyspersyjna gazu dostarcza mieszanie gazu azotowego kulek SPPS podczas etapów reakcji sprzężenia i deochrony. Podgrzewanie mikrofalowe jest korzystne dla SPPS sprzężeń sterycznie utrudnionych reszt, takich jak kwas alfa-aminoizobutyrowy (Aib), aminokwasowy alfa-dialkilowany. Ten domowy aparat był wykorzystywany do przygotowania, za pomocą ręcznych metod Fmoc SPPS, peptydów heptamerowych i oktamerycznych zdominowanych przez resztę Aib, która jest notorycznie trudna do sprzężenia w standardowych warunkach temperatury pokojowej oraz reagentów. Ponadto typowe komercyjne mikrofalowe reaktory SPPS są dedykowane wyłącznie syntezie SPPS, co czyni je niedostępnymi dla użytkowników spoza SPPS. Dla kontrastu, prezentowane urządzenie zachowuje wszechstronność reaktora mikrofalowego do konwencjonalnego przyspieszania mikrofal reakcji chemicznych, ponieważ urządzenie jest nieznacznie oddzielone od komercyjnego reaktora mikrofalowego.
Wprowadzenie przez Merrifielda syntezy peptydów w fazie stałej SPPS w latach 60. zrewolucjonizowało syntezy peptydów i chemii i zostało słusznie nagrodzone Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii 1,2. W kolejnych dekadach wielu badaczy udoskonaliło oryginalne techniki Merrifielda, co doprowadziło do powstania dwóch alternatyw dominujących w praktykach SPPS: opartych na fluorenylmetoksykarbonylu (FMOC) kontra na tert-butylowym oksykarbonylu (BOC)3. Ostateczne rozszczepienie peptydu od żywicy stałej w FMOC wymaga koktajlu zawierającego kwas trójfluorocetowy, w przeciwieństwie do HF w technikach BOC, co sprawia, że metody oparte na FMOC są preferowanym wyborem wielu laboratoriów.
Nowoczesne metody SPPS są czasami kwestionowane przez pożądane sekwencje. W ostatnich latach nastąpiły postępy w przezwyciężaniu niektórych specyficznych obaw dotyczących agregacji4, powstawania diketopiperazyny5 oraz reszt aminokwasów N-metylowanych6. W celu optymalizacji wydajności sprzężenia badane są tysiące odczynników sprzężenia i dodatków7. Konkretnie, aktywacja kwasu karboksylowego za pomocą COMU 8,9 lub fluorków kwasu 10,11,12, wraz z dodatkami takimi jak Oxyma13 i hydroksybenzotriazol (HOBt), została opracowana do szczególnie trudniejszych sprzężeń, takich jak te z udziałem pozostałości α,α-dialkilatowanych.
Stosowane są także inne metody nieoparte na odczynnikach, aby zwiększyć wydajność przy trudnych sprzężeniach, w tym wydłużone czasy reakcji, tzw. "podwójne sprzężenie" oraz ogrzewanie, zwłaszcza przy ogrzewaniu mikrofalowym 14,15,16. Rzeczywiście, komercyjnie dostępne zautomatyzowane syntezatory peptydów wykorzystujące ogrzewanie mikrofalowe należą do najbardziej komercyjnie skutecznych urządzeń na rynku, ponieważ przyspieszają szybkość reakcji, wydają się poprawiać końcową czystość peptydów oraz minimalizować odpady rozpuszczalników. Niestety, te urządzenia mogą być drogie, w niektórych przypadkach kosztować ponad 100 000 dolarów.
Nasze laboratorium interesuje się przygotowywaniem wariantów peptydów zawierających silnie helikogenny pozostałość kwasu alfa-aminoizobutrynowego (Aib)17,18,19. Ze względu na steryczną przeszkodę wynikającą z dialkilacji alfa-węgla, Aib jest znany z tego, że trudno go sprzężyć. Wspomniane powyżej metody (fluorki kwasowe, podgrzewanie mikrofalowe20), a także sprytna chemia "dipeptidowa" SPPS21, zostały wykorzystane do dostosowania SPPS do wyzwań związanych ze sprzężeniem Aib. Przygotowanie dimerów Aib poza żywicą, choć poprawia ogólną wydajność, wymaga dodatkowej chemii mokrej i podwyższonej temperatury (50 °C)21. Ponadto unikamy stosowania kwasowych fluorków Aib ze względu na toksyczny charakter fluorujących substancji. Niestety, nasze laboratorium nie dysponuje dedykowanym mikrofalowym zautomatyzowanym syntezatorem SPPS, wyposażonym w dedykowane naczynia reakcyjne do niezbędnego odprowadzania produktów ubocznych SPPS. Niemniej jednak niedawny raport zespołu Claydena, wykazujący spektakularny sukces w przygotowaniu oligomerów opartych na Aib przy użyciu SPPS i mikrofalowego napromieniowania22, zmotywował nas do dostosowania mikrofalowej jednostki CEM Discover SP naszego laboratorium do syntez SPPS.
Najpierw zbadaliśmy komercyjnie dostępne akcesoria CEM do przekształcenia reaktora mikrofalowego w ręczną jednostkę SPPS/mikrofalową23. Poza kosztami, to akcesorię wymagałoby zaangażowania naszej mikrofalówki wyłącznie do ręcznego SPPS. Inni użytkownicy laboratoriów nie mieliby już dostępu do doskonałych możliwości mikrofalowej. Dlatego wdrożenie komercyjnego dodatku zostało uznane za niedopuszczalne w naszej sprawie.
Zamiast tego zmontowaliśmy, za pomocą stosunkowo tanich komponentów, urządzenie do wykonywania mikrofalowego SPPS w skali milimolarnej. Poniższy protokół opisuje wykorzystanie prostych i stosunkowo tanich komponentów do ręcznego, mikrofalowego wspomagania SPPS.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Zmontuj aparat (Rysunek 1)
UWAGA: Wszystkie komponenty do montażu aparatury znajdują się w Tabeli Materiałów.
2. Przygotować odczynniki
3. Przygotowanie żywicy peptydowej
4. Usunięcie FMOC
UWAGA: Żywice są dostępne wstępnie załadowane różnymi aminokwasami chronionymi FMOC, załadowanymi jako reszty C-końcowe. Dlatego usunięcie FMOC jest zwykle pierwszym krokiem po pęcznieniu żywicy.
5. Sprzężenie aminokwasów FMOC
6. Powtarzanie cykli peptydowych SPPS
7. Rozszczepienie peptydów
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przykłady sekwencji peptydowych przygotowanych naszym aparatem przedstawiono na Rysunku 2 i Rysunku 3. Tabela 1 podsumowuje roztwory, parametry mikrofalowe i płukania, które zastosowaliśmy. Potwierdzenie spektrometrii mas MALDI-TOF przedstawiono na rysunkach. Masowy odzysk tych peptydów przekracza 80%. Co istotne, wszystkie te sekwencje mają wiele sprzężeń między sąsiadującymi aminokwasami alfa, alfa-diakilatowanymi. Są to jedne z najtrudniejszy...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Prezentowane tutaj urządzenia wykorzystują prostą, nowatorską i niedrogą metodę usuwania rozpuszczalników, nadmiaru odczynników i produktów odpadowych, a także dodawania mieszania gazu azotowego podczas mikrofalowego SPPS. W przeciwieństwie do konwencjonalnych zbiorników SPPS, które wywołują frit na dnie naczynia, prezentowane urządzenie wywołuje rurę dyspersyjną gazu pod próżnią do zasysania naczynia. Zbiornik reakcyjny jest więc zwykłą probówką, która jest podgrzewana w miejscu zalecanym przez producenta reaktora mikro...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają żadnych konfliktów interesów do ujawnienia.
Autorzy są wdzięczni za wsparcie grantów INSPIRE Uniwersytetu Fairfield, wsparcie Wydziału Chemii i Biochemii na Uniwersytecie Fairfield oraz za pomoc dr Dorothy Szobcynski za jej wiedzę w zarządzaniu laboratorium. Ponadto autorzy są wdzięczni profesorom Jillian Smith-Carpenter i Aaronowi Van Dyke'owi za dyskusje dotyczące syntezy peptydów i organów organicznych. Autorzy doceniają wsparcie Funduszu Publikacji Wydziału Sztuk i Nauk Uniwersytetu Fairfield.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Reaktor mikrofalowy CEM Discover SP | CEM | Wycofany. Niedawno zastąpiony w linii produktów przez Discover 2.0 | |
| Diizopropylkarbodiimid (DCC) | TCI America | ||
| Dimetylformamid (DMF) | Chemikalia termonaukowe | ||
| Rurka dyspersyjna gazu, mikro, | Chemglass | CG-207-02 | Porowatość średnia |
| Mikroprzegroda | ChemGlass | CG-3022-20 | Przegroda typu "NMR" |
| Morfolia | Chemikalia termonaukowe | ||
| Aminokwasy chronione N-Fmoc | |||
| Oyxma Pure | TCI America | ||
| Piersiówka Ehrlenmeyera z bocznym ramieniem | Różni dostawcy | Zbieranie odpadów | |
| "Tee" | Idex | P-713 | ETFE |
| rurki teflonowe 1/8" i bez śladu; | Restek | 25306 | OD x 0,063" ID, 3 m |
| Probówka (uchwyt na naczynie reakcyjne zewnętrzne dla mikrofalówki) | Różni dostawcy | (30 x 175) | |
| Probówka (naczynie reakcyjne) | Szkło Corning | 9820-25X | Pyrex 25 x 200 mm, bez obręczy |
| Zawór | Idex | P-721 | ETFE (2x) |
| Żywica Wang SPPS, 1% sieciowana diwinylbenzen, 100-200 mesh | Zaawansowany ChemTech |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.