介绍多肽合成

肽债券:形成肽的氨基酸使用保护组

今天我们将更深如何合成最重要的酰胺-肽从保护组化学一个重要贡献。

表的内容

1. 肽键是什么?
2. “Proteinogenic”氨基酸
3. 二肽的合成没有保护组
4. 二肽的合成使用保护组策略
5. 长肽的合成——三肽和四肽
6. 奖金主题:固相肽合成
7. 笔记
8. (高级)引用和进一步阅读

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1。肽键是什么?

“肽键”是一种酰胺键(见酰胺:属性。合成和命名法)连接两个氨基酸,如“二肽”L-phenylalanyl-L-valine(下图左)和L-leucyl-L-alanine(下图右):

2。“Proteinogenic”氨基酸

Proteinogenic氨基酸是蛋白质的基石。除了直接基因组编码的20种氨基酸,另外两个蛋白质编码成氨基酸在特殊情况下:硒代半胱氨酸(存在于真核生物,包括人类)和pyrrolysine(发现只有在产甲烷细菌)。

除甘氨酸(非手性的),所有proteinogenic氨基酸L -氨基酸,前缀“L -氨基酸的立体化学相关相对的L-glyceraldehyde(见文章:D和L糖]。

手性氨基酸,所有年代,除了半胱氨酸和硒代半胱氨酸注1](因为硫和硒CIP系统下有更高的优先级)。

3所示。一个简单的二肽的合成没有保护组(是不可取的!)

让我们构建一个简单的二肽之间的两种氨基酸。为简单起见,我们选择从“疏水sidechain”两组,丙氨酸(Ala)和亮氨酸(低浓缩铀),因为他们sidechains不需要额外保护组。

我们需要做什么来让L-Ala-L-Leu ?

测量之前所讨论的方法使酰胺,看起来简单。

为什么不把1相当于每个丙氨酸和L-phenylalanine添加偶联剂N, N-dicyclohexylcarbodiimide (DCC),耐心地等待我们的产品出现?

什么可能出错?

好吧,这将给我们一些我们想要的产品。但它不会如此有效!

这是因为每个氨基酸都有两个反应终点——一个胺和一个羧酸以多种方式——他们可以共同债券。

就像字母和L可以使单词艾尔和洛杉矶,除了Ala-Leu(我们的所需产品)我们还将得到Leu-Ala。

此外,由于我们不但是摩尔量的添加单分子固定在一起(甚至1000000摩尔(“微摩尔”)有10个¹⁷分子)我们也有可能形成“homo-dipeptides AA (Ala-Ala)和(Leu-Leu)。

这只是一个开始。不管你怎么切你看收益率较低(< 25%)所需的材料。

效率低下,浪费,和昂贵的!没有一个更好的方法?

4所示。二肽的合成使用保护组策略

是的。而不是使用本机氨基酸就祈祷良好的收益,我们可以使用受保护的版本的丙氨酸和L-Leucine。

如果我们保护羧酸亮氨酸的酯(如一个甲基酯)和保护胺丙氨酸的氨基甲酸酯(见:氨基甲酸盐作为保护组),然后我们建立了一个情况单亲核试剂和一个单亲电试剂。

这导致的高收益(> 95%)单产品!

【注:的中银集团是一个很受欢迎的氨基甲酸酯保护小组胺;“中行”代表t-butyloxycarbonyl]

5。长肽的合成——三肽和四肽

好消息是我们不需要停止二肽。如果我们选择保护团体可以删除有选择性地(和氨基甲酸酯/酯对有资格),那么我们可以deprotect氨基甲酸酯,并添加第三个氨基酸。

的选择氨基甲酸酯保护组织是t-butoxycarbonyl(中行),删除与强酸(三氟乙酸,缩写为组织)。

治疗与组织消除了中银集团但离开了甲基酯一个人。

如果我们对待组织的二肽,我们解放了胺氮,可以与另一个反应Boc-protected氨基酸的存在DCC三肽。

如果我们喜欢,我们甚至可以扩展相同的方法来构建一个四肽,一个五肽…或超越!

这不是不合理的考虑这个方法长肽。

例如,类似缓激肽连锁9-peptide导致血管扩张导致血压迅速下降。(你的身体释放缓激肽蛇咬,这是最初发现。)

可能是有趣的缓激肽合成变体,一些氨基酸替换为其它的。为了做到这一点,我们需要能够合成它。

如何有效的可能?

如果每个肽耦合步骤的收益率约为95%,那么我们总收率进行缓激肽将是(0.95)⁹,或63%。这其实很好!很多化学家很乐意得到一个收益率为63%一个反应,让我来告诉你。

如果足够高的收益率,我们甚至可以想象建筑一些疯狂的事情就像胰岛素(51肽残留物)。7%的收益率的51个步骤。

这是可能的吗?

是的…但是它需要一个聪明的修改,赢得了它的发明者,布鲁斯·梅里菲尔德,1984年诺贝尔化学奖。

6。奖金主题:固相肽合成

下面下面是比其他任何补充,但鉴于主题的重要性,有趣而有用的。

1963年化学家在洛克菲勒大学名叫布鲁斯·梅里菲尔德发表了一篇论文,将彻底改变如何合成肽,并最终使长肽的合成。

这是标题为:“固相肽合成。我一个四肽的合成”。

这是关键的想法。

回想一下,在我们的原计划(上图)的保护羧酸作为一个甲基酯整个多肽合成,保持不变。

·梅里菲尔德的想法是:如果我们找到一个方法来把羧酸官能团,本身有关聚合物珠吗?这不仅会保护羧酸,它将大大提高分离的缓解。

为什么?因为不用净化最终产品通过结晶或柱层析法,你净化过滤掉聚合物珠(每200 - 500μm)和洗涤去除多余的试剂。

聚合物珠本身很小。一个典型的大小是200微米。每个珠可以加载4 nanomoles氨基酸。

(布兰登·芬利从ChemTips显示了一个图]

下面的视频不是我的,但它给你一个想法的过程。

在0:34你可以看到小珠子。

·梅里菲尔德过程的起点是交联聚苯乙烯。它像一个大相互关联的分子。聚苯乙烯是附加到链接器,通常以NH终止₂组。这本身通常是保护;为了激活链接器,您需要删除的保护帽。

聚合物珠需要在一种溶剂膨胀为了官能团在固体支持有效地进行反应。

基本程序是:膨胀- >添加试剂- > - >过滤器- >清洗等,和重复。珠子在反应容器。通常也有某种限制的步骤,以确保任何未反应的胺不参与接下来的反应。

可以使肽约50个单位。在高度自动化系统可以更加雄心勃勃。

肽在1960年代·梅里菲尔德开始敲门。缓激肽在8天了,总收率68%。一个例子。胰岛素两年后了。可能是这个初始阶段的最高成就核糖核酸酶一,有150个氨基酸残基。

原·梅里菲尔德过程已经大幅修改和改进。最初,删除链接器需要艰苦的条件下(强酸)。今天,程序通常使用FMOC保护组织而不是中行,允许与温和的去保护胺基地(哌啶)。一个星系的新树脂、连接器和耦合过程随后发达。维基百科的文章固相多肽合成是一个好的开始。

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笔记

注1。L半胱氨酸(和硒代半胱氨酸),但他们的立体(右),因为硫和硒在c -更高的优先级。

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(高级)引用和进一步阅读

这是一个重大的主题,肽的合成是一个全球数十亿美元的产业。

1. 八肽的合成酰胺的荷尔蒙催产素的活性
   文森特•杜Vigneaud夏洛特•莱斯勒大学约翰•m•天鹅,卡尔顿w·罗伯茨Panayotis g . Katsoyannis和塞缪尔·戈登
   美国化学学会杂志》上1953年,75年(19),4879 - 4880
   DOI:1021 / ja01115a553
2. 催产素的合成
   文森特•杜Vigneaud夏洛特莱斯勒,约翰m .天鹅卡尔顿w·罗伯茨和Panayotis g . Katsoyannis
   美国化学学会杂志》上1954年,76年(12),3115 - 3121
   DOI:1021 / ja01641a004
3. 长肽链合成的方法使用催产素的合成为例
   杜米Bodanszky和文森特Vigneaud
   美国化学学会杂志》上1959年,81年(21),5688 - 5691
   DOI:1021 / ja01530a040
   上半年的20倍^th世纪,多肽合成技术是使用标准有机化学解决方案完成阶段。这是现在被称为牧民联盟(液相多肽合成)。du Vigneaud获得了1955年诺贝尔化学奖的作品表明,肽合成可以实现,使用正确的保护组织和合成策略的选择。1963年,罗伯特布鲁斯·梅里菲尔德教授(洛克菲勒U。,New York) revolutionized peptide synthesis by coming up with the SPPS (Solid-Phase Peptide Synthesis) method, making the synthesis of long peptide chains much more feasible. The C-terminus is bound to a polymer resin, and the amino acids are added one at a time following the same cycle: deprotect, wash, couple the next amino acid (with a peptide-coupling reagent such asDCC)、洗deprotect n端,等等。·梅里菲尔德的方法被称为中行/ Bzl策略由于保护组织工作(中行的氮原子和Bzl (苄)侧链)。问题是最后乳沟的肽树脂使用这种方法需要无水氟化氢,这是不容易处理。
4. 固相肽合成。我一个四肽的合成
   r·b·梅里菲尔德
   美国化学学会杂志》上1963年,85年(14),2149 - 2154
   DOI:10.1021 / ja00897a025
   这是本文开始的这一切——使用出版物·梅里菲尔德教授使用许可证方法四肽。这是最highly-viewed和高被引论文之一江淮,即使在今天。
5. 固相合成牛胰岛素的方法
   Marglin和r·b·梅里菲尔德
   美国化学学会杂志》上1966年,88年(21),5051 - 5052
   DOI:10.1021 / ja00973a068
   胰岛素是一个数十亿美元的荷尔蒙失调是导致糖尿病。本文表明,胰岛素可以通过许可证方法。胰岛素是棘手的,因为它有两个链(A和B链)通过二硫键连接。有趣的是,·梅里菲尔德合成活性激素结合两链硫醇保护(保护磺酸盐),然后减少硫醇,然后在空气中氧化基础培养基pH值(10)。这就是所谓的无向或空气二硫化氧化自债券并不是形成选择性;幸运的是他们在这种情况下形成正确。胰岛素今天没有生产许可证方法由于这些并发症;相反,它是通过重组的过程。
6. 核糖核酸酶的合成
   Bernd Gutte和r·b·梅里菲尔德
   生物化学杂志1971年,246年(6),1922 - 1941
   DOI:10.1016 / s0021 - 9258 (18) 62396 - 8
   这是许可证的最高成就——124 - mer的合成肽或蛋白质,在这一点上,核糖核酸酶a。
7. 核糖核酸酶的固相合成由罗伯特·布鲁斯·梅里菲尔德
   妮可责任,罗伯特·d·西摩尼和罗伯特·l·希尔
   生物化学杂志2006年,281年(26),e21
   DOI:10.1016 / s0021 - 9258 (20) 55702 - 5
   一个简短的传记·梅里菲尔德教授的生活。提到他的第一个原型开发一个自动化的多肽合成仪在他家的地下室工作1965年!
8. 固相合成
   诺贝尔演讲1984年12月8日,布鲁斯·梅里菲尔德
   ·梅里菲尔德的诺贝尔演讲收到1984年诺贝尔化学奖。描述他的生活,这样他的构想和发展了许可证过程中,和所有的突破已经启用。
9. 9-Fluorenylmethoxycarbonyl函数,一个新的base-sensitive amino-protecting组
   路易斯·a . Carpino y和优雅
   美国化学学会杂志》上1970年,92年(19),5748 - 5749
   DOI:10.1021 / ja00722a043
10. 9-Fluorenylmethoxycarbonyl amino-protecting集团
    路易斯·a . Carpino y和优雅
    《有机化学》杂志上1972年37(22),3404 - 3409
    DOI:10.1021 / jo00795a005
    的发现和发展Fmoc (9-fluorenylmethoxycarbonyl)组作为一个保护组胺也提高多肽合成的实践和许可证。
11. 轻微的固相肽合成过程:使用fluorenylmethoxycarbonylamino-acids
    阿瑟顿,淡褐色的福克斯,戴安娜Harkiss, c·j·洛根,r·c·谢泼德和b·j·威廉姆斯
    j .化学。Soc。化学。通讯。1978年,537 - 539
    DOI:10.1039 / C39780000537
    这是第一篇描述现在称为Fmoc / tBu许可证过程中,这在很大程度上取代了原中行/ Bzl·梅里菲尔德教授开发的过程。与Fmoc-SPPS存在多种优点,但主要的是简单性和正交性。胺去保护基哌啶(20%完成DMF足以deprotect Fmoc——吗胺),最后乳沟肽的树脂可以用组织(三氟乙酸),这是多比高频更容易处理。
12. Fmoc固相肽合成的进步
    彼得·雷蒙德•贝伦特白,和约翰的提议
    肽科学。2016年,22,速率
    DOI:10.1002 / psc.2836
    现代回顾Fmoc-SPPS描述我们已经走了多远的一些挑战依然存在。例如,聚合树脂上的肽链是一个主要问题在Fmoc-SPPS合成特别是疏水肽,有处理的方法,如“扭结”残留的引入,如职业或pseudoprolines的使用,这将恢复时所需的氨基酸肽与组织裂解。本机化学结扎也是现在用于特别长肽的合成,像·梅里菲尔德的核糖核酸酶A。