Name: Synteza peptydów niosących informacje i ich sekwencyjna dynamiczna samoorganizacja kowalencyjna (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-02-06T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 34 s
Description: Poznaj syntezę peptydów niosących informacje i ich sekwencyjną dynamiczną samoorganizację kowalencyjną. Ta metoda umożliwia tworzenie złożonych struktur molekularnych z zastosowaniem w naukach o materiałach.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych, Biuro Nauki, Podstawowe Nauki o Energii, w ramach Award #DESC0012479. S.C.L. dziękuje za wsparcie od National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program, a A.F.A. potwierdza wsparcie od Abu Dhabi National Oil Company (ADNOC).

<ol><li>Seeman, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nucleic+acid+junctions+and+lattices%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Theoretical+Biology%22%5BJournal%5D)">Nucleic acid junctions and lattices.</a> Journal of Theoretical Biology. 99 (2), 237-247 (1982).</li>
<li>Rothemund, P. W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Folding+DNA+to+create+nanoscale+shapes+and+patterns%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns.</a> Nature. 440, March 297-302 (2006).</li>
<li>Watt, A. A. R., Bothma, J. P., Meredith, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+supramolecular+structure+of+melanin%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">The supramolecular structure of melanin.</a> Soft Matter. 5 (19), 3754-3760 (2009).</li>
<li>Tørring, T., Voigt, N. V., Nangreave, J., Yan, H., Gothelf, K. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DNA+origami%3A+A+quantum+leap+for+self-assembly+of+complex+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">DNA origami: A quantum leap for self-assembly of complex structures.</a> Chemical Society Reviews. 40 (12), 5636-5646 (2011).</li>
<li>Wei, B., Dai, M., Yin, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Complex+shapes+self-assembled+from+single-stranded+DNA+tiles%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Complex shapes self-assembled from single-stranded DNA tiles.</a> Nature. 485 (7400), 623-626 (2012).</li>
<li>Clausen-Schaumann, H., Rief, M., Tolksdorf, C., Gaub, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+stability+of+single+DNA+molecules%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+Journal%22%5BJournal%5D)">Mechanical stability of single DNA molecules.</a> Biophysical Journal. 78 (4), 1997-2007 (2000).</li>
<li>Rowan, S. J., Cantrill, S. J., Cousins, G. R. L., Sanders, J. K. M., Stoddart, J. F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRowan%2C+SJ+%22Dynamic+covalent+chemistry.+Angewandte+Chemie+-+International+Edition%22">Dynamic covalent chemistry. Angewandte Chemie - International Edition</a>. 41 (6), (2002).</li>
<li>Jin, Y., Yu, C., Denman, R. J., Zhang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+in+dynamic+covalent+chemistry%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Recent advances in dynamic covalent chemistry.</a> Chemical Society Reviews. 42 (16), 6634-6654 (2013).</li>
<li>Furgal, J. C., Dunn, M., Wei, T., Scott, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emerging+Applications+of+Dynamic+Covalent+Chemistry+from+Macro-+to+Nanoscopic+Length+Scales%5BTitle%5D)+AND+%22Dynamic+Covalent+Chemistry%3A+Principles%2C+Reactions%2C+and+Applications%22%5BJournal%5D)">Emerging Applications of Dynamic Covalent Chemistry from Macro- to Nanoscopic Length Scales.</a> Dynamic Covalent Chemistry: Principles, Reactions, and Applications. , 389-434 (2017).</li>
<li>Hartley, C. S., Elliott, E. L., Moore, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Covalent+assembly+of+molecular+ladders%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Covalent assembly of molecular ladders.</a> Journal of the American Chemical Society. 129 (15), 4512-4513 (2007).</li>
<li>Wei, T., Furgal, J. C., Jung, J. H., Scott, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long%2C+self-assembled+molecular+ladders+by+cooperative+dynamic+covalent+reactions%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Long, self-assembled molecular ladders by cooperative dynamic covalent reactions.</a> Polymer Chemistry. 8 (3), 520-527 (2017).</li>
<li>Dunn, M. F., Wei, T., Scott, T. F., Zuckermann, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aqueous+dynamic+covalent+assembly+of+molecular+ladders+and+grids+bearing+boronate+ester+rungs%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Aqueous dynamic covalent assembly of molecular ladders and grids bearing boronate ester rungs.</a> Polymer Chemistry. (18), 2337-2343 (2019).</li>
<li>Furgal, J. C., Van Dijck, J. M., Leguizamon, S. C., Scott, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accessing+sequence+specific+hybrid+peptoid+oligomers+with+varied+pendant+group+spacing%5BTitle%5D)+AND+%22European+Polymer+Journal%22%5BJournal%5D)">Accessing sequence specific hybrid peptoid oligomers with varied pendant group spacing.</a> European Polymer Journal. (118), 306-311 (2019).</li>
<li>Tozawa, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Porous+organic+cages%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Porous organic cages.</a> Nature Materials. 8 (12), 973-978 (2009).</li>
<li>Tian, J., Thallapally, P. K., Dalgarno, S. J., McGrail, P. B., Atwood, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Amorphous+molecular+organic+solids+for+gas+adsorption%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+-+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Amorphous molecular organic solids for gas adsorption.</a> Angewandte Chemie - International Edition. 48 (30), 5492-5495 (2009).</li>
<li>Jin, Y., Wang, Q., Taynton, P., Zhang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+covalent+chemistry+approaches+toward+macrocycles%2C+molecular+cages%2C+and+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Accounts+of+Chemical+Research%22%5BJournal%5D)">Dynamic covalent chemistry approaches toward macrocycles, molecular cages, and polymers.</a> Accounts of Chemical Research. 47 (5), 1575-1586 (2014).</li>
<li>Ren, F., Day, K. J., Hartley, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-+and+three-tiered+stacked+architectures+by+covalent+assembly%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Two- and three-tiered stacked architectures by covalent assembly.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 55 (30), 8620-8623 (2016).</li>
<li>Elliott, E. L., Hartley, C. S., Moore, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Covalent+ladder+formation+becomes+kinetically+trapped+beyond+four+rungs%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">Covalent ladder formation becomes kinetically trapped beyond four rungs.</a> Chemical Communications. 47 (17), 5028-5030 (2011).</li>
<li>Tran, H., Gael, S. L., Connolly, M. D., Zuckermann, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solid-phase+submonomer+synthesis+of+peptoid+polymers+and+their+self-assembly+into+highly-ordered+nanosheets%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Solid-phase submonomer synthesis of peptoid polymers and their self-assembly into highly-ordered nanosheets.</a> Journal of Visualized Experiments. (57), 1-6 (2011).</li>
<li>Zuckermann, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Peptoid+origins%5BTitle%5D)+AND+%22Biopolymers%22%5BJournal%5D)">Peptoid origins.</a> Biopolymers. 96 (5), 545-555 (2011).</li>
<li>Sun, J., Zuckermann, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Peptoid+polymers%3A+A+highly+designable+bioinspired+material%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Peptoid polymers: A highly designable bioinspired material.</a> ACS Nano. 7 (6), 4715-4732 (2013).</li>
<li>Belowich, M. E., Stoddart, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+imine+chemistry%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Dynamic imine chemistry.</a> Chemical Society Reviews. 41 (6), 2003-2024 (2012).</li>
<li>Giuseppone, N., Schmitt, J. L., Schwartz, E., Lehn, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scandium%28III%29+catalysis+of+transimination+reactions.+Independent+and+constitutionally+coupled+reversible+processes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Scandium(III) catalysis of transimination reactions. Independent and constitutionally coupled reversible processes.</a> Journal of the American Chemical Society. 127 (15), 5528-5539 (2005).</li>
<li>Shū, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scandium+triflate+in+organic+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Organic+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Scandium triflate in organic synthesis.</a> European Journal of Organic Chemistry. 1999 (1), 15-27 (1999).</li>
<li>Wei, T., Furgal, J. C., Scott, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+deprotection+and+dynamic+covalent+assembly+using+a+dual+role+catalyst%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">In situ deprotection and dynamic covalent assembly using a dual role catalyst.</a> Chemical Communications. 53 (27), 3874-3877 (2017).</li>
<li>Matsumoto, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid%2C+low+temperature+formation+of+imine-linked+covalent+organic+frameworks+catalyzed+by+metal+triflates%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Rapid, low temperature formation of imine-linked covalent organic frameworks catalyzed by metal triflates.</a> Journal of the American Chemical Society. 139 (14), 4999-5002 (2017).</li>
<li>Ma, X., Scott, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Approaches+and+challenges+in+the+synthesis+of+three-dimensional+covalent-organic+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Communications+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Approaches and challenges in the synthesis of three-dimensional covalent-organic frameworks.</a> Communications Chemistry. , (2018).</li>
<li>Perron, V., Abbott, S., Moreau, N., Lee, D., Penney, C., Zacharie, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+method+for+the+selective+protection+of+aromatic+amines+in+the+presence+of+aliphatic+amines%5BTitle%5D)+AND+%22Synthesis%22%5BJournal%5D)">A method for the selective protection of aromatic amines in the presence of aliphatic amines.</a> Synthesis. 2 (2), 283-289 (2009).</li>
<li>Wei, T., Jung, J. H., Scott, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+covalent+assembly+of+peptoid-based+ladder+oligomers+by+vernier+templating%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Dynamic covalent assembly of peptoid-based ladder oligomers by vernier templating.</a> Journal of the American Chemical Society. 137 (51), 16196-16202 (2015).</li>
<li>Ouari, O., Chalier, F., Bonaly, R., Pucci, B., Tordo, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+spin-trapping+behaviour+of+glycosylated+nitrones%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Chemical+Society%2C+Perkin+Transactions%22%5BJournal%5D)">Synthesis and spin-trapping behaviour of glycosylated nitrones.</a> Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions. 2 (10), 2299-2308 (1998).</li>
<li>Sun, J., Stone, G. M., Balsara, N. P., Zuckermann, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structure-conductivity+relationship+for+peptoid-based+PEO-mimetic+polymer+electrolytes%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Structure-conductivity relationship for peptoid-based PEO-mimetic polymer electrolytes.</a> Macromolecules. 45 (12), 5151-5156 (2012).</li>
<li>Sartori, G., Ballini, R., Bigi, F., Bosica, G., Maggi, R., Righi, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protection+%28and+deprotection%29+of+functional+groups+in+organic+synthesis+by+heterogeneous+catalysis%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Protection (and deprotection) of functional groups in organic synthesis by heterogeneous catalysis.</a> Chemical Reviews. 104 (1), 199-250 (2004).</li>
<li>Kim, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unusual+truncation+of+N-acylated+peptoids+under+acidic+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Organic+%26+biomolecular+chemistry%22%5BJournal%5D)">Unusual truncation of N-acylated peptoids under acidic conditions.</a> Organic & biomolecular chemistry. 12 (28), 5222-5226 (2014).</li>
<li>Mannige, R. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Peptoid+nanosheets+exhibit+a+new+secondary-structure+motif%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Peptoid nanosheets exhibit a new secondary-structure motif.</a> Nature. 526 (7573), 415-420 (2015).</li>
<li>Edison, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conformations+of+peptoids+in+nanosheets+result+from+the+interplay+of+backbone+energetics+and+intermolecular+interactions%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Conformations of peptoids in nanosheets result from the interplay of backbone energetics and intermolecular interactions.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 115 (22), 5647-5651 (2018).</li>
<li>Kobayashi, S., Sugiura, M., Kitagawa, H., Lam, W. W. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rare-earth+metal+triflates+in+organic+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Rare-earth metal triflates in organic synthesis.</a> Chemical Reviews. 102 (6), 2227-2302 (2002).</li>
<li>Fujinaga, S., Hashimito, M., Tsukagoshi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+of+the+composition+for+a+ternary+solvent+system+in+tube+radial+distribution+chromatography%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Liquid+Chromatography+and+Related+Technologies%22%5BJournal%5D)">Investigation of the composition for a ternary solvent system in tube radial distribution chromatography.</a> Journal of Liquid Chromatography and Related Technologies. 38 (5), 600-606 (2015).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Technika opisana w niniejszym dokumencie opisuje dynamiczne kowalencyjne składanie się zawierających informacje oligomerów peptyidowych, w których informacja jest kodowana w sekwencji ich grup wiszących. Zastosowanie monomeru aminowego chronionego przez Alloc w połączeniu z monomerem aldehydu chronionym acetalem etylenu pozwala na ortogonalną deprotekcję, umożliwiając deprotekcję Alloc na kulkach i deprotekcję acetalu in situ podczas reakcji samoorganizacji, zapewniając w ten sposób, że zsyntetyzowane sekwencje nie reagują przedwcześnie przed oczyszczeniem i charakteryzacją oligomerów. Co ważne, synteza w fazie stałej odbywa się przy użyciu żywicy fotolabilnej, aby umożliwić rozszczepienie oligomerów z kulki pod wpływem promieniowania UV lub fioletowego, co wyklucza przedwczesną deprotekcję labilnej kwasowo grupy ochronnej na bazie acetalu etylenu. Można rozważyć kilka alternatywnych schematów usuwania ochrony. Na przykład, początkowo zastosowaliśmy podwójne grupy chroniące przed kwasowością i labilnością (Boc-amina i aldehyd octowy etylenu) z zamiarem deprotekcji in situ za pomocą mocnego kwasu, a następnie neutralizacji, aby umożliwić postęp reakcji samoorganizacji; Jednak takie podejście spowodowało natychmiastowe wytworzenie osadu po dodaniu zasady. Alternatywnie, przewidywano ochronę aminy za pomocą fotolabilnej grupy ochronnej, 2-(2-nitrofenylo)propoksykarbonylu (NPPOC), ponieważ aldehyd może być selektywnie dechroniony po traktowaniu kwasem trifluorooctowym (TFA) przed oczyszczeniem. Niestety, fotoliza in situ grupy ochronnej światłem UV nie pozwoliła na ilościową deprotekcję, nawet w obecności fotouczulaczy i po dłuższych okresach naświetlania25. Trimethylsilylethoxycarbonyl (tj. Teoc) może być stosowany jako grupa chroniąca przed aminami i ulega rozszczepieniu po potraktowaniu triflatami metali ziem rzadkich; jednak ilościowa deprotekcja Teoc wymaga znacznie większych obciążeń triflatem metali ziem rzadkich niż jest to konieczne do deprotekcji acetalu etylenu. W tym protokole można zastosować Teoc-aminy, ale stężenie kwasu Lewisa musi być odpowiednio dostosowane, ponieważ subilościowa deprotekcja amin może okazać się problematyczna dla większych samoorganizujących się struktur. Pokrótce omówiono alifatyczne grupy funkcyjne, ale deprotekcja aldehydów alifatycznych wymaga trudnych warunków, które skracają sekwencje peptoidowe32,33.
Włączenie Neee i Nma jako obojętnych reszt dystansowych służy poprawie rozpuszczalności oligomerów i umożliwia łatwe znakowanie masowe oligomerów prekursorowych, aby umożliwić łatwą identyfikację wytworzonych gatunków za pomocą spektroskopii mas. Ponadto, biorąc pod uwagę konformację "nici Σ" peptoidów, w których sąsiednie segmenty szkieletu przyjmują przeciwstawne stany rotacji, tworząc liniowy, wolny od skrętu oligomer34,35, sekwencje zawierające naprzemienne dynamiczne sekcyjne kowalencyjne i obojętne reszty dystansowe ułatwiają strukturę, w której reaktywne grupy wisiorków są zorientowane w tym samym kierunku. Biorąc pod uwagę wszechstronność metody submonomerów, duża i zróżnicowana biblioteka amin pierwszorzędowych może być wykorzystana do dalszej modyfikacji oligomerów peptoidowych, ale może wymagać dostosowania protokołu w celu utrzymania wysokiej wydajności sprzężenia.
Podczas gdy oligo(peptoidy) mogą być syntetyzowane ręcznie w szklanym naczyniu reakcyjnym19, automatyzacja procesu skraca czas dodawania każdej pozostałości z kilku godzin do pół godziny. Ponadto automatyzacja zmniejsza ilość odpadów monomerów i rozpuszczalników do mycia, co jest szczególnie pożądane w przypadku stosowania pierwszorzędowych monomerów aminowych, które nie są dostępne na rynku. Chociaż rozszczepienie alloc z reszt chronionych amin jest wydajną reakcją, utlenianie palladu może skutkować niepełną deprotekcją. W związku z tym sugeruje się przetestowanie rozszczepienia części żywicy i scharakteryzowanie zakresu deprotekcji za pomocą ESI-MS. W przypadku testowych rozszczepienia, 30 minut poniżej 405 nm napromieniowania uwalnia peptoid wystarczający do spektrometrii mas. Częściowa deprotekcja może być ograniczona poprzez zastosowanie warunków beztlenowych lub powtórzenie reakcji deprotekcji.
Podczas gdy ten artykuł koncentruje się na Sc(OTf)3 jako odczynniku wielorolowym, wykazano, że inne triflaty metali ziem rzadkich, takie jak triflat iterbu, skutecznie pośredniczą w kierowanym informacyjnie składaniu drabin molekularnych. Warto zauważyć, że Sc(OTf)3 jest najbardziej kwaśnym z triflatów metali ziem rzadkich; W związku z tym, ze względu na zmniejszoną zdolność katalityczną zapewnianą przez inne triflaty metali ziem rzadkich24,36, mogą być wymagane większe ekwiwalenty do przeprowadzenia całkowitej deprotekcji octanu etylenu i dysocjacji nici. Wymaganą liczbę równoważników można określić za pomocą spektrometrii mas MALDI, obserwując punkt, w którym nici całkowicie dysocjują. Dysocjacja ma kluczowe znaczenie w procesie samoorganizacji i jest analogiczna do topnienia nici kwasu nukleinowego w podwyższonej temperaturze. Późniejsza ekstrakcja katalizatora umożliwia tworzenie i przerywanie dynamicznych par kowalencyjnych, napędzających montaż dupleksów specyficznych dla sekwencji. To stopniowe wyżarzanie pasm oligomerycznych pozwala uniknąć pułapkowania kinetycznego (które w przypadku drabin molekularnych może dawać gatunki nierejestrowane lub nieprawidłowo sparowane sekwencje) doświadczanego innymi metodami.
Chloroform jest doskonałym rozpuszczalnikiem, ponieważ separacja faz w zastosowanym tutaj układzie trójskładnikowym chloroform/acetonitryl/woda sprzyja częściowej ekstrakcji kwasu Lewisa bez powodowania wytrącania się samoorganizujących się struktur37. Dodatkowo chloroform jest jednym z niewielu rozpuszczalników, który wspomaga tworzenie imin przy zachowaniu rozpuszczalności w drabince molekularnej. Ze względu na dynamiczną naturę systemu często można zaobserwować śladowe ilości nierejestrowanych i nieprawidłowo sparowanych dupleksów. Chociaż na system ten w dużej mierze nie mają wpływu niewielkie wahania stężeń triflatów metali ziem rzadkich podczas ekstrakcji, czasami niewystarczająca ekstrakcja katalizatora generuje znaczną część niepełnej hybrydyzacji i niespecyficznych sprzężeń oligomerów. W takim przypadku generalnie lepiej jest najpierw ponownie zdysocjować za pomocą kolejnych 1,5 odpowiedników katalizatora, a następnie wyekstrahować po raz drugi, niż natychmiast ponownie wyekstrahować, ponieważ całkowita dysocjacja pojedynczych nici jest niezbędna dla procesu. Aby jednocześnie złożyć kilka unikalnych drabinek molekularnych zakodowanych informacjami, może być konieczne zwiększenie stężenia roztworu podstawowego triflatu metali ziem rzadkich stosowanego do utrzymania równoważników i całkowitej objętości reakcji.
Chociaż te samomontaże charakteryzują się przede wszystkim spektrometrią mas, możliwe są inne techniki, w tym transfer energii rezonansu fluorescencyjnego (FRET). Ograniczenia obejmują ilość niezbędnego materiału, przystępność cenową monomerów i stosunek sygnału do szumu. Techniki wymagające rozpuszczalników, takie jak 1H NMR, mogą dodatkowo cierpieć z powodu nierozpuszczalności samoorganizujących się struktur. Ponadto stężenia triflatów metali ziem rzadkich po ekstrakcji można określić za pomocą takich metod, jak ICP-MS lub 19F NMR z wzorcem wewnętrznym.
Wraz z postępem w kierunku lepszej kontroli nad makro- i supramolekularnymi nanostrukturami i materiałami, pojawia się wyzwanie związane z projektowaniem i wytwarzaniem regularnych, ale modyfikowalnych zespołów. Protokół opisany w tym raporcie zapewnia ścieżkę do uzyskania takich nanostruktur poprzez selektywne sekwencjonowanie zestawów za pomocą dynamicznych oddziaływań kowalencyjnych.

Postęp w samoorganizacji, procesie, w którym małe podjednostki generują większe architektury za pomocą ścieżek sterowanych termodynamicznie, pozwolił na lepszą kontrolę nad makro- i supramolekularnymi nanostrukturami, zazwyczaj poprzez wykorzystanie interakcji międzycząsteczkowych, takich jak układanie π i wiązania wodorowe1,2,3,4. W szczególności kwasy nukleinowe (tj. polinukleotydy) okazały się niezwykle wszechstronnymi nośnikami nanokonstrukcyjnymi, ponieważ wysoka gęstość informacji dostarczana przez parowanie zasad Watsona-Cricka pozwala na tworzenie złożonych, selektywnych sekwencyjnie struktur4,5. Podczas gdy z natury niska siła tych przejściowych wiązań międzycząsteczkowych umożliwia przegrupowanie podjednostek i korekcję błędów, powstałe struktury są często podatne na degradację termiczną i mechaniczną6. Natomiast dynamiczne interakcje kowalencyjne7,8,9, klasa reakcji tworzenia wiązań kowalencyjnych, które są odwracalne lub przestawiane w łagodnych warunkach, a ostatnio zostały wykorzystane do uzyskania skomplikowanych makrocząsteczek, takich jak drabiny10,11,12,13, klatki14,15,16, oraz stacks17, oferują zwiększoną siłę wiązania i solidne struktury. Niestety, zdolność do przegrupowania i sprawdzania błędów jest zmniejszona przez stosunkowo niskie tempo przegrupowania tych kowalencyjnych gatunków, co ogranicza ich zdolność do samoorganizacji w pożądane produkty18. Aby rozwiązać ten problem pułapki kinetycznej, często stosuje się katalizatory lub trudne warunki reakcji w połączeniu z prostymi elementami konstrukcyjnymi. W tym miejscu przedstawiamy proces, który omija pułapkowanie kinetyczne, aby umożliwić samoorganizację drabinek molekularnych z oligomerów specyficznych dla sekwencji, w których hybrydyzacja jest kierowana przez informację zakodowaną w sekwencjach reszt oligomerowych.
Biorąc pod uwagę ich syntetyczną dostępność, poli(N-podstawione glicyny) (tj. peptoidy) są używane jako oligomeryczne prekursory, z których składane są molekularne drabiny19. Peptoidy są strukturalnymi izomerami peptydów, w których grupy wiszące są przyczepiane do azotu przenoszonego przez szkielet, zamiast być sprzężone z α-carbon20. Korzystając z syntezy w fazie stałej, można łatwo uzyskać dokładne rozmieszczenie dynamicznych kowalencyjnych grup wisiorków wzdłuż łańcucha peptoidalnego, co pozwala na zaprojektowanie oligomerów prekursorowych, które mogą łączyć się w złożone struktury supramolekularne21.
Dynamiczne kowalencyjne przegrupowanie połączeń imine jest stosowane w tej procedurze, ponieważ reakcja kondensacji generująca aminę dostarcza wygodnego sposobu na scharakteryzowanie samoorganizacji za pomocą spektrometrii mas, ponieważ każde utworzone wiązanie powoduje redukcję masy o 18 g/mol22. Ponadto równowaga między reagentami aminy i aldehydu a produktem iminowym może być zmieniana poprzez zmianę stężenia kwasu. W szczególności triflaty metali ziem rzadkich są używane do wpływania na równowagę, a dodatkowo deprotect aldehydy chronione acetalem etylenu23,24,25. Warto zauważyć, że triflate skandu jest już powszechnie stosowany w dziedzinie dynamicznej samoorganizacji kowalencyjnej, w tym jego niedawny sukces we wspomaganiu syntezy kowalencyjnych struktur organicznych (COF) w temperaturze pokojowej26,27. Dodatkowo, kontrastowa rozpuszczalność sekwencji oligo(peptoidów) i triflatu metalu ziem rzadkich umożliwia kontrolę równowagi poprzez ekstrakcję ciecz-ciecz. Opisany proces wykorzystuje tę kontrolę do obejścia barier kinetycznych uniemożliwiających samoorganizację sterowaną przez informacje.

<table><tbody><tr><td>1,4-dioksan</td><td>Fisher Scientific</td><td>D1114</td><td>Certyfikowany przez ACS</td></tr><tr><td>kwas 2-(4-hydroksyfenyloazo)benzoesowy (HABA)</td><td>Millipore-Sigma</td><td>54793</td><td>Substancja matrycowa do MALDI-MS; &ge; 99,5%</td></tr><tr><td>4-(2-aminoetylo)anilina</td><td>Ontario Chemicals</td><td>A2076</td><td>98%</td></tr><tr><td>4-cyjanobenzaldehyd</td><td>Oakwood Chemical</td><td>049317</td><td>99%</td></tr><tr><td>4-metylopipryrydyna</td><td>TCI America</td><td>P0445</td><td>&ge; 98,0%</td></tr><tr><td>chlorek 4-toluenesulfonylu</td><td>Oakwood Chemical</td><td>BR1703</td><td>99%</td></tr><tr><td>50 ml wysokowydajne probówki wirówkowe</td><td>VWR International</td><td>21008-240</td><td>używane do automatycznego syntezatora</td></tr><tr><td>Kwas octowy</td><td>Fisher Scientific</td><td>A38-212</td><td>Lodowcowy</td></tr><tr><td>bezwodnik octowy</td><td>Fisher Scientific</td><td>A10</td><td>Certyfikowany ACS</td></tr><tr><td>Acetonitryl</td><td>Millipore-Sigma</td><td>34851</td><td>do HPLC; Stopień nachylenia; &ge; 99,9%</td></tr><tr><td>Całkowicie plastikowe strzykawki Norm-Ject</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>S7510-10</td><td>Strzykawka Luer-Slip</td></tr><tr><td>Chloromrówczan allilu</td><td>Acros Organics</td><td>221741000</td><td>97%</td></tr><tr><td>Kwas bromooctowy</td><td>Alfa Aesar</td><td>A14403</td><td>&ge; 98,0%</td></tr> <tr><td></td><td>Chloroform Millipore-Sigma</td><td>288306</td><td>bezwodny; &ge; 99%; Zawiera 0,5-1,0% etanolu jako stabilizator</td></tr><tr><td>Chloroform-d</td><td>Acros Organics</td><td>AC320690075</td><td>Do NMR; 99,8 atomu % D; Pakowane w ampułki 0,75 ml</td></tr><tr><td>Dichlorodimethylsilane</td><td>Acros Organics</td><td>1133100</td><td>&ge; 99,0%</td></tr> <tr><td>Dichloroetan</td><td>Fisher Scientific</td><td>E175</td><td>Certyfikowany ACS</td></tr><tr><td>Dichlorometan</td><td>Fisher Scientific</td><td>D37-4</td><td>Stabalizowany; Certyfikowany</td></tr><tr><td>ACS Eter dietylowy</td><td>Acros Organics</td><td>615080010</td><td>bezwodny; Odczynnik ACS</td></tr><tr><td>Eter monoetylowy glikolu dietylenowego</td><td>TCI America</td><td>E0048</td><td>&ge; 99,0%</td></tr> <tr><td>etanol</td><td>Decon Labs</td><td>2701</td><td>200 Dowód; Bezwodny</td></tr><tr><td>glikol etylenowy</td><td>Fisher Scientific</td><td>E178</td><td>Certyfikowana</td></tr><tr><td>żywica Fmoc-Photolabile SS</td><td>CreoSalus</td><td>SA50785</td><td>100-200 mesh; 1%</td></tr><tr><td>szklane naczynie peptydowe</td> DVB <td>Chemglass</td><td>CG-1866-02</td><td>Faza stała, PTFE z otworem T Stpk, próżnia, średnia fryta, gwint GL 25</td></tr><tr><td>Pompy LC-6AD HPLC</td><td>Shimadzu Corporation</td><td></td><td>Sprzęt</td></tr><tr><td>LED 405nm</td><td>ThorLabs</td><td>M405L2-C1</td><td>405 nm LED używany do fotorozszczepienia peptoidowego</td></tr><tr><td>sterownika LED</td><td>ThorLabs</td><td>LEDD1B</td><td>Sterownik światła LED używanego w fotorozszczepieniu peptydu</td></tr><tr><td>Liberty Blue Automatyczny syntezator peptydów</td><td>CEM Corporation</td><td></td><td>Equipment</td></tr><tr><td>Wodorek litowo-glinowy</td><td>Millipore-Sigma</td><td>199877</td><td>Proszek; Klasa odczynnika; 95%; UWAGA: Umiarkowanie piroforyczny, obsługiwany w gazie obojętnym i chroniący przed wilgocią</td></tr><tr><td>Luna C18 analityczna kolumna RP-HPLC</td><td>Phenomenex</td><td>00G-4252-E0</td><td>Sprzęt</td></tr><tr><td>Luna C18 prepatoryczna kolumna RP-HPLC</td><td>Phenomenex</td><td>00G-4253-P0-AX</td><td>Sprzęt</td></tr><tr><td>Metanol</td><td>Fisher Scientific</td><td>A412</td><td>Certyfikowana</td></tr><tr><td>ACS mikrolitrowa strzykawka</td><td>Hamilton Company</td><td>80700</td><td>Igła cementowana (N)</td></tr><tr><td>N,N'-diizopropylokarbodimid (DIC)</td><td>Dąb Chemiczny</td><td>M02889</td><td>&ge; 99.0%; UWAGA: DIC jest niebezpieczny dla oczu, skóry, poprzez wdychanie oddechowe i może powodować uczulenie skóry</td></tr><tr><td>Odczynnik N,N-Dimethylformamide</td><td>Millipore-Sigma</td><td>319937</td><td>ACS; &ge; 99,8%</td></tr> <tr><td>Kwas azotowy</td><td>Fisher Scientific</td><td>A200-212</td><td>Certyfikowany ACS Plus</td></tr><tr><td>Gazy kriogeniczne</td><td></td> z<td>azotem</td><td>Zawartość pod ciśnieniem, może eksplodować po podgrzaniu</td></tr><tr><td>Fenylosilan</td><td>Oakwood Chemical</td><td>S13600</td><td>97%</td></tr> <tr><td>Prominencja SPD-10A Detektor UV / vis</td><td>Shimadzu Corporation</td><td></td><td>Sprzęt</td></tr><tr><td>Monohydrat kwasu p-toluenosulfonowego</td><td>Odczynnik Millipore-Sigma</td><td>402885</td><td>ACS; &ge; 98,5%</td></tr><tr><td>Skand(III) triflate</td><td>Dąb Chemiczny</td><td>009343</td><td>99%</td></tr><tr><td>Igła jednorazowa</td><td>Exel International</td><td>26420</td><td>18G x 1 1/2&Prime;</td></tr><tr><td>Azydek sodu</td><td>Oakwood Chemiczny</td><td>094448</td><td>99%; UWAGA: NaN3 może reagować z ołowiem i miedzią, co prowadzi do powstania wysoce wybuchowych azydków metali. Jest bardzo toksyczny i śmiertelny w przypadku połknięcia lub kontaktu ze skórą.</td></tr><tr><td>Wodorowęglan sodu</td><td>Fisher Scientific</td><td>S233</td><td>w proszku; Certyfikowany ACS</td></tr><tr><td>Wodorotlenek sodu</td><td>Fisher Scientific</td><td>S318-100</td><td>Granulki; Certyfikowany</td></tr><tr><td>ACS Siarczan sodu</td><td>Fisher Scientific</td><td>S421-500</td><td>Bezwodny; Ziarnisty; Certyfikowany</td></tr><tr><td>filtr strzykawkowy ACS 0,45 i mikro; m</td><td>VWR International</td><td>28145-497</td><td>- PTFE, Filtry strzykawkowe z polipropylenową obudową</td></tr><tr><td>Tetrahydrofuran</td><td>Fisher Scientific</td><td>T397</td><td>Certyfikowany</td></tr><tr><td>Tetrakis(trifenylofosfina) pallad(0)</td><td>Oakwood Chemical</td><td>034279</td><td>98%</td></tr> <tr><td>toluenu</td><td>Fisher Scientific</td><td>T324</td><td>Certyfikowany ACS</td></tr><tr><td>Trifenylofosfin</td><td>Dąb Chemiczny</td><td>037818</td><td>99%</td></tr></tbody></table>

synteza peptydów niosących informacje i ich sekwencyjna dynamiczna samoorganizacja kowalencyjna

Synthesis of Information-bearing Peptoids and their Sequence-directed Dynamic Covalent Self-assembly

Ten protokół przedstawia użycie wielozadaniowych odczynników kwasowych Lewisa do obejścia pułapek kinetycznych obserwowanych podczas samoorganizacji kodowanych informacyjnie nici oligomerycznych, w których pośredniczą sparowane dynamiczne oddziaływania kowalencyjne w sposób naśladujący cykl termiczny powszechnie stosowany do samoorganizacji komplementarnych sekwencji kwasów nukleinowych. Pierwszorzędowe monomery aminowe zawierające ugrupowania wiszące aldehydu i aminy są funkcjonalizowane ortogonalnymi grupami ochronnymi do stosowania jako dynamiczne pary reagentów kowalencyjnych. Korzystając ze zmodyfikowanego automatycznego syntezatora peptydów, pierwszorzędowe monomery aminowe są kodowane w niciach oligo(peptoidowych) poprzez syntezę submonomerów w fazie stałej. Po oczyszczeniu za pomocą wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) i scharakteryzowaniu za pomocą spektrometrii mas z jonizacją elektrorozpylania (ESI-MS), specyficzne dla sekwencji oligomery są poddawane wysokiemu obciążeniu kwaśnym triflatem metali ziem rzadkich Lewisa, który zarówno deprotoratuje ugrupowania aldehydowe, jak i wpływa na równowagę par reagentów tak, że nici całkowicie dysocjują. Następnie ekstrahuje się frakcję kwasu Lewisa, umożliwiając wyżarzanie komplementarnych nici specyficznych dla sekwencji w celu utworzenia zakodowanych informacyjnie drabinek molekularnych charakteryzujących się spektrometrią mas desorpcji/jonizacji laserowej wspomaganej matrycą (MALDI-MS). Prosta procedura opisana w tym raporcie pozwala obejść pułapki kinetyczne powszechnie stosowane w dziedzinie dynamicznego montażu kowalencyjnego i służy jako platforma dla przyszłego projektowania solidnych, złożonych architektur.

Aby zademonstrować zdolność peptoidów z zakodowaną informacją do wybiórczej względem sekwencji dynamicznej kowalencyjnej samoorganizacji w drabiny molekularne, zsyntetyzowano reprezentatywną nić, H2N-[Npam-Neee-Npal-Neee]2-Npam-Nma, i zhybrydyzowano ją z komplementarną sekwencją peptoidową. Monomery Npam i Npal (scharakteryzowane za pomocą 1H NMR (50 MHz), Rysunek 1) wykorzystano jako dynamiczne kowalencyjne pary reagentów, przy czym Neee wspomagał rozpuszczalność końcowych produktów samoorganizacji. Dodatkowo, włączenie dostępnego komercyjnie monomeru Nma umożliwia rozróżnienie mas dwóch komplementarnych sekwencji. Po zakończeniu syntezy submonomerowej w fazie stałej, grupę Alloc usunięto za pomocą Pd(PPh3)4. Przed i po deprotekcji części żywicy odszczepiono pod wpływem światła o długości fali 405 nm i scharakteryzowano za pomocą ESI-MS (Rysunek 2). Sekwencję oczyszczono za pomocą preparatywnego HPLC, liofilizowano do uzyskania złamanej bieli w proszku, a czystość potwierdzono za pomocą analitycznego HPLC (Rysunek 3). Oligopeptoid zhybrydyzowano następnie z jego komplementarną sekwencją, H2N-[Npal-Neee-Nam-Neee]2-Npal, aby otrzymać drabinę w rejestrze, co potwierdzono za pomocą MALDI-MS (Rysunek 4).
<img alt="Etapy syntezy organicznej z diagramami widm NMR; ścieżka reakcji i analiza widmowa." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60442/60442fig1a.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 1"> 
Rysunek 1: Schematy syntezy monomerów i 1Widma H-NMR. (A) Schematy syntezy monomerów wraz z odczynnikami i warunkami reakcji: (i) chloroforecian allylu, 10% wodny roztwór kwasu octowego, 1,4-dioksan, temperatura pokojowa, przez noc; (ii) glikol etylenowy, kwas p-toluenosulfonowy, toluen, reflux, przez noc; (iii) LiAlH₄4, bezwodny Et2O, 0 °C przez 4 h, a następnie w temperaturze pokojowej przez 12 h; (iv) chlorek tosylu, THF, 0 °C; (vNaN3, DMF, 60 °C, 36 h; (vi) trifenylofosfina, THF, przez noc. (B) Monomer 1widma H-NMR (50 MHz, CDCl3)3): (i) 4-(2-aminoetylo)-N-(allylokarbonyloksy)fenyloamina (Npam); (ii) 4-(1,3-dioksacyklopent-2-ylo)benzyloamina (Npal); (iii) 2-(2-etoksyetoksy)etylamina (Neee). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60442/60442fig1alarge.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Metoda syntezy peptydów z katalizatorem Pd, fotoliza; wyniki spektrometrii mas, analiza m/z." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60442/60442fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 2"> 
Rysunek 2: Synteza i deprotekcja sekwencyjnego oligo(peptoidu). (A) Struktury H2N-[Npam-Neee-Npal-Neee]2-Npam-Nma przed i po usunięciu grupy ochronnej Alloc wraz z towarzyszącą (B) Widmo mas ESI. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60442/60442fig2alarge.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.</a>
<img alt="Wyniki chromatografii i spektrometrii mas; analiza pików absorbancji i stosunku m/z w celu detekcji związku." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60442/60442fig3a.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rysunek 3: Oczyszczanie i charakterystyka peptoidu z zakodowaną informacją. (A) Chromatogram HPLC oczyszczania nici za pomocą preparatywnej HPLC z liniowym gradientem acetonitrylu (MeCN) i wody: (1) 30% MeCN, 0,1–2,1 min; (2) 30–95% MeCN, 2,1–16,1 min; (3) 95% MeCN, 16,1–23,1 min; (4) 95% MeCN, 23,1–26,1 min. Piki i i ii odpowiadają odpowiednio do produktów ubocznych reakcji o niskiej masie cząsteczkowej, przede wszystkim mocznika DIC, oraz gatunków oligomerycznych, w tym do pożądanego produktu. (B) Analityczny chromatogram HPLC i (C) spektrum mas ESI dla H2N-[Npam-Neee-Npal-Neee]2-Npam-Nma po liofilizacji. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60442/60442fig3large.jpg" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.</a>
<img alt="Struktura polimeru z wykresem spektrometrii masowej; rozmieszczenie cząsteczek i wyniki analizy." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60442/60442fig4.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 4"> 
Rysunek 4: Samoporządkowanie H2N-[Npam-Neee-Npal-Neee]2-Npam-Nma oraz jego sekwencja komplementarna, H2N-[Npal-Neee-Nam-Neee]2-Npal. (A) Struktury dwóch sekwencji oraz wynikająca z nich zależna od sekwencji assemblyzacja. (B) Widmo masowe MALDI drabinki molekularnej po wyżarzaniu w temperaturze pokojowej przez noc. Masy: oczekiwane [M+Na]+ = 306,7, znaleziono 3306,0; oczekiwano [M-1 imina+Na]+ = 324,7, znaleziono 323,9; oczekiwano [M-2 imina +Na]+ = 342,7, odnaleziono 342,8; oczekiwano [M-2 imina +CH3OH+H]+ = 352,8, znaleziono 352,0. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60442/60442fig4large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej figury.</a>

Przedstawiono protokół do syntezy kodowanych informacyjnie oligomerów peptoidowych oraz do sekwencyjnego samoorganizowania tych peptoidów w drabinki molekularne przy użyciu amin i aldehydów jako dynamicznych par kowalencyjnych reagentów oraz kwaśnych triflatów metali ziem rzadkich Lewisa jako odczynników wielozadaniowych.

Synteza peptydów niosących informacje i ich sekwencyjna dynamiczna samoorganizacja kowalencyjna

This protocol presents the use of Lewis acidic multi-role reagents to circumvent kinetic trapping observed during the self-assembly of information-encoded ...

Protokół ten umożliwia sterowane informacyjnie składanie sekwencji oligomerycznych poprzez dynamiczne oddziaływania kowalencyjne, naprawdę naśladując selektywną hybrydyzację sekwencji kwasów nukleinowych, ale ze zwiększoną siłą wiązań międzyniciowych. Dynamiczne zespoły kowalencyjne są zwykle ograniczone do prostych architektur ze względu na ich ograniczoną zdolność do przegrupowania wiązań i korekcji błędów. W przeciwieństwie do tego, podnosząc stężenie kwasu Lewisa w celu wpłynięcia na dysocjację wiązań, a następnie katalizowania rearanżacji wiązań, technika ta łagodzi powszechne ograniczenia pułapkowania kinetycznego systemów samoorganizacji.Metoda ta może być stosowana w różnych dziedzinach, które wykorzystują reakcje przegrupowania wiązań kowalencyjnych, od kowalencyjnych struktur organicznych o wyjątkowo niskich wskaźnikach defektów po interfejsy tkanek biomateriałowych, które są w stanie dostosować się i dostosować do ciągłej przebudowy substratu tkankowego. Wykonując tę technikę po raz pierwszy, osoby mogą znaleźć kinetycznie uwięzione zespoły nawet po dłuższym czasie wyżarzania. Radzimy początkującym użytkownikom, aby podjęli próbę hybrydyzacji między oligomerami zawierającymi wyłącznie reszty aldehydowe i wyłącznie aminowe, upraszczając zakodowane informacje, a tym samym hybrydyzację.Aby rozpocząć tę procedurę, zważ 0,125 grama fotolabilnej stałej żywicy nośnej FMOC i dodaj ją do spiekanego naczynia reakcyjnego automatycznego syntezatora. Włóż naczynie do części mikrofalowej syntezatora. Napełnij główną butelkę z rozpuszczalnikiem DMF, a butelkę odochronną roztworem 20%4-metylopipryrydyny w DMF i opróżnij odpady.Następnie przygotuj jeden molowy roztwór kwasu bromooctowego i DIC w DMF o łącznej objętości 1,5 mililitra dla każdej pozostałości w sekwencji i 0,47 mililitra bezwodnika octowego na 4,53 mililitra DMF, aby uzyskać pięciomililitrowy roztwór zamykający. Przygotować 0,5 molowe roztwory każdej aminy pierwszorzędowej do użycia w NMP. Całkowita objętość każdego roztworu powinna wynosić 2,5 mililitra na każdą pozostałość odpowiedniej pierwszorzędowej aminy plus dodatkowe 2,5 mililitra.Dodaj wszystkie rozwiązania do automatycznego rozdzielacza syntezatora. Za pomocą automatycznego syntezatora peptydów spęczniej żywicę, rozszczep grupę FMOC i przeprowadź reakcję przemieszczenia, jak opisano w protokole tekstowym. Następnie zasaliizować ścianki naczynia reakcyjnego ze spiekanego szkła wyposażonego w trójdrogowy kurek, wypełniając je do góry roztworem 5% dichlorodimetylosilanu w DCE.Pozostaw na 30 minut, a następnie opróżnij naczynie i umyj je DCE i metanolem. Po wyschnięciu naczynia przenieś do niego żywicę. Umyj żywicę trzy razy za pomocą DCM, używając pięciu mililitrów na każde pranie, jednocześnie bulgocząc azotem przez jedno ramię i wciągając odkurzacz drugim.Wysuszyć i przechowywać żywicę i dołączony oligopeptoid do czasu deprotekcji i rozszczepienia. Gdy będziesz gotowy do kontynuowania, ponownie spęcznij żywicę, jeśli była przechowywana dłużej niż jeden dzień, bulgocząc ją pięcioma mililitrami DMF przez 10 minut. Opróżnij naczynie i dodaj małe mieszadło magnetyczne i trzy mililitry suchego DCM do szklanego naczynia peptydowego.Odważyć 0,1 równoważnika katalizatora palladowego i 25 równoważników fenylosilanu na grupę allokową. Użyć zacisku, aby ustawić naczynie reakcyjne pod kątem nad płytką mieszającą, tak aby żywica była delikatnie mieszana, pozostając zawieszona w rozpuszczalniku i zakryj naczynie, aby zapobiec parowaniu DCM. Po godzinie odfiltruj roztwór i przemyj żywicę trzykrotnie DCM, używając pięciu mililitrów na pranie.Następnie powtórz deprotekcję alloc jeszcze raz. Następnie przepłucz żywicę sekwencyjnie metanolem i DCM dwa razy i przenieś żywicę i mieszadło magnetyczne do 20-mililitrowej fiolki. Zanurz żywicę w DMF, wymieszaj i rozetnij zgodnie z opisem w protokole tekstowym.Następnie użyj filtra strzykawkowego, aby oddzielić uwolniony oligopeptoid od żywicy i usunąć rozpuszczalnik pod próżnią. Rozpuść peptoidy w mieszaninie 50-50 wody i acetonitrylu i oczyść za pomocą preparatywnej HPLC o odwróconych fazach. Połącz oczyszczone frakcje, a następnie zamroź je i liofilizuj, aby uzyskać białawy proszek.Analizuj proszek za pomocą spektrometrii mas ESI i MALDI. Aby ocenić czystość, należy przeprowadzić analityczną HPLC oczyszczonych oligopeptoidów. Najpierw należy przygotować 10-milimolowe roztwory podstawowe każdej sekwencji oligopeptoidalnej używanej do samoorganizacji oraz 10-milimolowy roztwór podstawowy triflatu skandu w bezwodnym acetonitrylu.Dodaj 20 mikrolitrów każdego podstawowego roztworu peptydu do trzymililitrowej fiolki wyposażonej w mieszadło magnetyczne. Dodać 1,5 równoważnika roztworu triflatu skandu na potencjalne wiązanie aminowe z roztworu podstawowego i dodać tyle wody i acetonitrylu, aby utworzyć 200 mikrolitrów 2% roztworu wody i acetonitrylu. Mieszaj delikatnie w temperaturze 70 stopni Celsjusza przez dwie godziny, aby uzyskać acetylową deprotekcję aldehydu i dysocjację wszystkich pasm.Następnie napełnij fiolkę 200 mikrolitrami chloroformu i dwoma mililitrami wody. Delikatnie wstrząsnąć fiolką. Pozostaw mieszaninę na co najmniej 15 minut.Po całkowitym oddzieleniu faz wyekstrahuj warstwę organiczną za pomocą strzykawki o pojemności mikrolitrów. Przenieś warstwę organiczną do nowej fiolki i wymieszaj w temperaturze 70 stopni Celsjusza w celu wyżarzania oligomerów, które zwykle trwa sześć godzin. Aby zademonstrować zdolność peptydów kodowanych informacją do przechodzenia selektywnej sekwencji, dynamicznej samoorganizacji kowalencyjnej w drabinki molekularne, syntetyzuje się reprezentatywną nić i hybrydyzuje się ją z komplementarną sekwencją peptoidową.Monomery NPAM i NPAL są stosowane jako dynamiczne pary reagentów kowalencyjnych z NEEE, wspomagające rozpuszczalność końcowych produktów samoorganizujących się. Po zakończeniu syntezy submonomeru w fazie stałej grupa allokowa jest usuwana. Przed i po deprotekcji części żywicy zostały rozszczepione w świetle 405 nanometrów i scharakteryzowane za pomocą spektrometrii mas z jonizacją elektrorozpylaną.Sekwencja jest oczyszczana za pomocą HPLC przygotowawczej, a następnie liofilizowana w celu uzyskania białawego proszku, a czystość potwierdza się za pomocą analitycznej HPLC. Oligopeptoid jest następnie hybrydyzowany z jego komplementarną sekwencją, aby zapewnić drabinę w rejestrze potwierdzoną przez MALDI-MS. Wykonując tę procedurę, należy pamiętać, aby odczekać wystarczająco dużo czasu, aby warstwy całkowicie się rozdzieliły, aż frakcja wodna stanie się przezroczysta, co najmniej 15 minut, aby zapewnić wystarczającą ekstrakcję katalizatorem.Po zakończeniu tej procedury montażu należy przeprowadzić spektrometrię mas w celu określenia zakresu hybrydyzacji. Dodatkowo spektrometria mas z plazmą sprzężoną indukcyjnie lub NMR fluoru może być wykorzystana do oceny stężenia skandu po ekstrakcji. Chociaż technika ta została opracowana niedawno, przewidujemy, że podejście biomimetyczne opisane w naszej pracy będzie miało zasadnicze znaczenie w kierowaniu przyszłym projektowaniem i składaniem złożonych nanostruktur sterowanym informacjami.Niektóre z użytych tutaj odczynników są niebezpieczne. Zachowaj ostrożność podczas obchodzenia się z tymi lub innymi chemikaliami. Nosić wszystkie środki ochrony osobistej i wykonywać wszystkie eksperymenty wewnątrz dygestorium.

synthesis-information-bearing-peptoids-their-sequence-directed

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Opisano prostą i ogólną metodę manualnej syntezy peptoidów z wykorzystaniem podstawowego sprzętu i dostępnych komercyjnie odczynników, co umożliwia łatwą syntezę peptoidów w większości laboratoriów. Opisano syntezę, oczyszczanie i charakterystykę amfifilowego peptoidu 36-meru, a także jego samoorganizację w wysoko uporządkowane nanoarkusze.

Synteza peptoidów metodą submonomerową w fazie stałej oraz ich samoorganizacja w wysoko uporządkowane nanoarkusze

Ten artykuł opisuje tworzenie wysoce uporządkowanych struktur opartych na peptydach poprzez spontaniczny proces samoorganizacji. Metoda wykorzystuje dostępne na rynku peptydy i powszechnie stosowany sprzęt laboratoryjny. Technika ta może być stosowana do wielu różnych peptydów i może prowadzić do odkrycia nowych zespołów opartych na peptydach.

Tworzenie uporządkowanych struktur biomolekularnych przez samoorganizację krótkich peptydów

Synteza i charakterystyka trzeciorzędowej biblioteki amidów peptydów

Opisany jest protokół ręcznej syntezy oligo-peptoidów, po którym następuje analiza sekwencji za pomocą spektrometrii mas.

Synteza i analiza oligo-peptoidów za pomocą spektrometrii mas

Synteza amfifilów peptydowych na bazie poliaminy (PPA) jest znaczącym wyzwaniem ze względu na obecność wielu azotów aminowych, co wymaga rozsądnego użycia grup ochronnych w celu zamaskowania tych reaktywnych funkcji. W tym artykule opisujemy łatwą metodę otrzymywania tych nowych klas cząsteczek samoorganizujących się.

Łatwy protokół syntezy samoorganizujących się amfifilów peptydowych na bazie poliaminy (PPA) i pokrewnych biomateriałów

Protokół syntezy peptydu modyfikowanego 1,2-ditiolanem i charakterystyka struktur supramolekularnych wynikających z samoorganizacji peptydu.

Synteza i charakterystyka samoorganizujących się peptydów modyfikowanych 1,2-ditiolanem

Ten protokół opisuje skuteczną metodę syntezy nanoemulsji koniugatu kwasów oleinowych i platyny(II) stabilizowanego tripeptydem lizyna-tyrozyna-fenyloalanina (KYF). Nanoemulsja powstaje w łagodnych warunkach syntetycznych poprzez samoorganizację KYF i koniugatu.

Stabilizowana tripeptydem nanoemulsja kwasu oleinowego

Ten artykuł zawiera protokoły projektowania i samoorganizacji nanostruktur z oligomerów kwasu nukleinowego modyfikowanych gamma peptydów w mieszaninach rozpuszczalników organicznych.

Samoorganizacja peptydowych kwasów nukleinowych modyfikowanych promieniami gamma w złożone nanostruktury w mieszaninach rozpuszczalników organicznych

Opisujemy eksperymentalne szczegóły syntezy wzorcowych i rekonfigurowalnych cząstek z dwuwymiarowych (2D) prekursorów. Metodologia ta może być stosowana do tworzenia cząstek o różnych kształtach, w tym wielościanów i urządzeń chwytających, w skalach długości od mikro do centymetrów.

Inspirowany origami samomontaż wzorzystych i rekonfigurowalnych cząstek

Kafelkowanie DNA jest skutecznym podejściem do tworzenia programowalnych nanostruktur. Opisujemy protokoły konstruowania złożonych dwuwymiarowych kształtów poprzez samoorganizację jednoniciowych płytek DNA.

Samoorganizacja złożonych dwuwymiarowych kształtów z jednoniciowych płytek DNA

Poznaj syntezę peptydów niosących informacje i ich sekwencyjną dynamiczną samoorganizację kowalencyjną. Ta metoda umożliwia tworzenie złożonych struktur molekularnych z zastosowaniem w naukach o materiałach.

Synteza peptydów niosących informacje i ich sekwencyjna dynamiczna samoorganizacja kowalencyjna

Przeglądaj więcej filmów