多肽合成如何設(shè)計

多肽的序列、長度和氨基酸的組成影響多肽能否正確的組裝和是否可以純化。這些因素也決定了最終的多肽產(chǎn)品的溶解性。在設(shè)計多肽時應(yīng)該考慮到以下幾點：

1.       多肽序列的設(shè)計

大部分多肽的生物活性衍生于天然蛋白的N-端，C-端或者中間部分。但是由于各種各樣的原因，這些天然的序列有時候需要做一些修改。即使是一些相對短的序列，也有一些必要的和不必要的氨基酸殘基，但是這些殘基的重要性并不容易去確定。我們通常對這些非必要的氨基酸殘基做一些修改：氨基酸殘基的替代（多肽的溶解性，穩(wěn)定性等）；化學(xué)修飾（穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)功能研究）；連接配體抗原等。對于一些來自于蛋白中間的序列，有時候必須對N-端或者C-端用乙?；王０愤M行封閉，以避免引入天然序列中不存在的電荷。對于結(jié)構(gòu)大的配體，通常需要在配體和多肽中間引入一個連接臂，使得配體對多肽折疊的影響最小化。

2.       多肽的長度

隨著多肽長度的增加，通常會降低粗品多肽的長度。對于長度少于15個氨基酸殘基的多肽，收率通常是令人滿意的，也比較容易合成。

3.       溶解性

多肽的氨基酸組成對多肽的設(shè)計是很重要的一個方面，而這一點常常被大家所忽略。氨基酸的組成很大程度的影響多肽的溶解性。含有高比例的疏水性殘基的多肽在水溶液中的溶解性很有限甚至完全不溶，比如：亮氨酸，纈氨酸，異亮氨酸，蛋氨酸，苯丙氨酸和色氨酸。接下來就很難使用這些多肽進行實驗，而且這些多肽也很難純化。我們建議保持疏水性氨基酸在多肽中的比例低于50%，而且每5個殘基中至少有一個帶電荷的殘基。在生理pH值下，天冬氨酸、谷氨酸、賴氨酸和精氨酸都有帶電荷的側(cè)鏈。

4.       困難的氨基酸

含有多個半胱氨酸，蛋氨酸或者色氨酸的多肽，很難得到高的純度，因為這些氨基酸的側(cè)鏈很容易被氧化或者發(fā)生副反應(yīng)。如果可能的話，盡可能使多肽盡量少含有這些殘基。通常我們可以使用正亮氨酸代替蛋氨酸，用絲氨酸代替半胱氨酸。如果有很多條來源于天然蛋白的多肽或者Overlapping多肽需要合成，可以在每條多肽的起始點做一些變化使得親水性殘基和疏水性殘基達到更好的平衡。比如，在所選擇多肽的起始點或者終點有2個半胱氨酸，把2個半胱氨酸分開到2條多肽中，這樣使得合成和純化都要更容易。

5.       二級結(jié)構(gòu)

在設(shè)計多肽的時候最后我們要考慮到形成β折疊。在合成過程中，隨著多肽鏈的延長，β折疊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致最終產(chǎn)品中有非常多的缺失序列。選擇不要含有較多連續(xù)的纈氨酸、異亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、亮氨酸、谷氨酰胺和蘇氨酸序列可以避免這樣的問題。如果無法避免含有連續(xù)這些殘基的序列，我們可以在每3個殘基中插入一個甘氨酸或者脯氨酸、用天冬酰胺代替谷氨酰胺、或者用絲氨酸代替蘇氨酸。

對多肽序列進行分析：

帶正電荷的殘基：賴氨酸，精氨酸，組氨酸，N-末端

帶負電荷的殘基：天冬氨酸，谷氨酸，C-末端

不帶電荷的疏水性殘基：苯丙氨酸，異亮氨酸，亮氨酸，蛋氨酸，纈氨酸，色氨酸和酪氨酸

不帶電荷的殘基：甘氨酸，丙氨酸，蘇氨酸，絲氨酸，半胱氨酸，天冬酰胺，谷氨酰胺，脯氨酸，乙?；王０坊?/span>

1.N-末端

N-末端的谷氨酰胺在切割的酸性條件下很容易環(huán)化成焦谷氨酸。我們建議用焦谷氨酸代替N-末端的谷氨酰胺，去掉谷氨酰胺，用其他氨基酸代替谷氨酰胺，或者用乙?；揎桸-末端的谷氨酰胺。當(dāng)天冬酰胺位于N-末端時，會形成一個很難除掉的保護基團。我們建議去掉N-末端的天冬酰胺或者用其他氨基酸代替。

2.C-末端

     如果在C-末端的是非天然氨基酸包括D-型氨基酸，C-末端應(yīng)該酰胺化。如果需要在C-末端進行修飾（熒光染料，生物素等），修飾必須通過賴氨酸的側(cè)鏈連接，這些肽的C-端也要酰胺化

3.序列

     隨著多肽長度的增加，偶聯(lián)反應(yīng)的效率會越來越低，粗品的純度也會越來越低。但是少于5個殘基的多肽在切割和純化過程中也會導(dǎo)致問題。含有3-5個殘基的序列應(yīng)該至少含有一個疏水性殘基（亮氨酸，異亮氨酸，色氨酸，纈氨酸，苯丙氨酸，酪氨酸，蛋氨酸）或者疏水性的修飾基團。

a)       序列中含有多個脯氨酸容易形成順式/反式異構(gòu)體，導(dǎo)致純度降低

b)       連續(xù)的絲氨酸的序列導(dǎo)致片段缺失，純度降低

c)       多個天冬氨酸在序列中，容易形成天冬亞酰胺導(dǎo)致純度降低

d)       序列中太多的修飾通常也會影響多肽的純度和收率

e)       連續(xù)多個甘氨酸（4個或者更多），多肽骨架之間容易形成氫鍵，這種氫鍵導(dǎo)致多肽難于溶解和純化

f)        磷酸化修飾導(dǎo)致偶聯(lián)效率的降低。因為合成是從C-末端向N-末端進行，因此從磷酸化修飾的氨基酸到N-末端之間應(yīng)少于10個殘基

4.溶解性

     通常每5個氨基酸殘基中至少含有1個帶電荷的殘基（包括沒有封閉的C-末端和N-末端）。如果含有足夠的電荷，確保連續(xù)的不帶電荷的殘基個數(shù)不超過5個。