江蘇吉泰肽業(yè)科技有限公司
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1963年,R.B.Merrifield[1]創(chuàng)立了將氨基酸的C末端固定在不溶性樹脂上,然后在此樹脂上依次縮合氨基酸,延長(zhǎng)肽鏈、合成蛋白質(zhì)的固相合成法,在固相法中,每步反應(yīng)后只需簡(jiǎn)單地洗滌樹脂,便可達(dá)到純化目的.克服了經(jīng)典液相合成法中的每一步產(chǎn)物都需純化的困難,為自動(dòng)化合成肽奠定了基礎(chǔ).為此,Merrifield獲得1984年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng).
今天,固相法得到了很大發(fā)展.除了Merrifield所建立的Boc法(Boc:叔丁氧羰基)之外,又發(fā)展了Fmoc固相法(Fmoc:9-芴甲氧羰基).以這兩種方法為基礎(chǔ)的各種肽自動(dòng)合成儀也相繼出現(xiàn)和發(fā)展,并仍在不斷得到改造和完善.
Merrifield所建立的Boc合成法[2]是采用TFA(三氟乙酸)可脫除的Boc為α-氨基保護(hù)基,側(cè)鏈保護(hù)采用芐醇類.合成時(shí)將一個(gè)Boc-氨基酸衍生物共價(jià)交聯(lián)到樹脂上,用TFA脫除Boc,用三乙胺中和游離的氨基末端,然后通過Dcc活化、耦聯(lián)下一個(gè)氨基酸,最終脫保護(hù)多采用HF法或TFMSA(三氟甲磺酸)法.用Boc法已成功地合成了許多生物大分子,如活性酶、生長(zhǎng)因子、人工蛋白等.
多肽是涉及生物體內(nèi)各種細(xì)胞功能的生物活性物質(zhì)。它是分子結(jié)構(gòu)介于氨基酸和蛋白質(zhì)之間的一類化合物,由多種氨基酸按照一定的排列順序通過肽鍵結(jié)合而成。到現(xiàn)在,人們已發(fā)現(xiàn)和分離出一百多種存在于人體的肽,對(duì)于多肽的研究和利用,出現(xiàn)了一個(gè)空前的繁榮景象。多肽的全合成不僅具有很重要的理論意義,而且具有重要的應(yīng)用價(jià)值。通過多肽全合成可以驗(yàn)證一個(gè)新的多肽的結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)新的多肽,用于研究結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系;為多肽生物合成反應(yīng)機(jī)制提供重要信息;建立模型酶以及合成新的多肽藥物等。
多肽的化學(xué)合成技術(shù)無論是液相法還是固相法都已成熟。近幾十年來,固相法合成多肽更以其省時(shí)、省力、省料、便于計(jì)算機(jī)控制、便于普及推廣的突出優(yōu)勢(shì)而成為肽合成的常規(guī)方法并擴(kuò)展到核苷酸合成等其它有機(jī)物領(lǐng)域。本文概述了固相合成的基本原理、實(shí)驗(yàn)過程,對(duì)其現(xiàn)狀進(jìn)行分析并展望了今后的發(fā)展趨勢(shì)。
從1963年Merrifield發(fā)展成功了固相多肽合成方法以來,經(jīng)過不斷的改進(jìn)和完善,到今天固相法已成為多肽和蛋白質(zhì)合成中的一個(gè)常用技術(shù),表現(xiàn)出了經(jīng)典液相合成法無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。其基本原理是:先將所要合成肽鏈的羥末端氨基酸的羥基以共價(jià)鍵的結(jié)構(gòu)同一個(gè)不溶性的高分子樹脂相連,然后以此結(jié)合在固相載體上的氨基酸作為氨基組份經(jīng)過脫去氨基保護(hù)基并同過量的活化羧基組分反應(yīng),接長(zhǎng)肽鏈。重復(fù)(縮合→洗滌→去保護(hù)→中和及洗滌→下一輪縮合)操作,達(dá)到所要合成的肽鏈長(zhǎng)度,最后將肽鏈從樹脂上裂解下來,經(jīng)過純化等處理,即得所要的多肽。其中α-氨基用BOC(叔丁氧羰基)保護(hù)的稱為BOC固相合成法,α-氨基用FMOC(9-芴甲氧羰基)保護(hù)的稱為FMOC固相合成法,
固相合成的基本原理
多肽合成是一個(gè)重復(fù)添加氨基酸的過程,固相合成順序一般從C端(羧基端)向 N端(氨基端)合成。過去的多肽合成是在溶液中進(jìn)行的稱為液相合成法?,F(xiàn)在多采用固相合成法,從而大大的減輕了每步產(chǎn)品提純的難度。為了防止副反應(yīng)的發(fā)生,參加反應(yīng)的氨基酸的側(cè)鏈都是保護(hù)的。羧基端是游離的,并且在反應(yīng)之前必須活化?;瘜W(xué)合成方法有兩種,即Fmoc和tBoc。由于Fmoc比tBoc存在很多優(yōu)勢(shì),現(xiàn)在大多采用Fmoc法合成,如圖:
具體合成由下列幾個(gè)循環(huán)組成:
一、去保護(hù):Fmoc保護(hù)的柱子和單體必須用一種堿性溶劑(piperidine)去 除氨基的保護(hù)基團(tuán)。
二、激活和交聯(lián):下一個(gè)氨基酸的羧基被一種活化劑所活化?;罨膯误w與游離的氨基反應(yīng)交聯(lián),形成肽鍵。在此步驟使用大量的超濃度試劑驅(qū)使反應(yīng)完成。循環(huán):這兩步反應(yīng)反復(fù)循環(huán)直到合成完成。
三、洗脫和脫保護(hù):多肽從柱上洗脫下來,其保護(hù)基團(tuán)被一種脫保護(hù)劑(TFA) 洗脫和脫保護(hù)。