Los polipéptidos son biomoléculas formadas por la Unión de varios aminoácidos a través de enlaces Amidas (enlaces péptidos), son los componentes básicos de las proteínas y las estructuras centrales de muchos medicamentos, hormonas, antimicrobianos y moléculas de señalización. Con el desarrollo de la biomedicina, los nuevos materiales y la biología química, los polipéptidos sintéticos se han convertido en tecnologías importantes en los campos de la investigación científica y la industria. Este artículo introducirá sistemáticamente los principios básicos, los métodos principales, los pasos clave y sus aplicaciones de la síntesis de péptidos.

¿I. ¿ qué es la síntesis de péptidos?

La síntesis de polipéptidos se refiere al proceso de unir los aminoácidos uno por uno por métodos químicos de acuerdo con las secuencias de aminoácidos preestablecidas en condiciones de laboratorio o industriales para formar cadenas de polipéptidos de longitud y estructura específicas. Según los diferentes sistemas de reacción, se puede dividir en síntesis líquida y síntesis sólida. Entre ellos, la síntesis de péptidos de fase sólida (spps) fue estudiada por el químico estadounidense R. Bruce Merrifield en 1963 y, por lo tanto, ganó el Premio Nobel de química en 1984, que ahora se ha convertido en la tecnología dominante.

II. principios básicos de la síntesis de péptidos sólidos

La idea central del SPPs es conectar covalentemente el extremo c (extremo base de descarboxilo) de la cadena de polipéptidos a la resina polimérica insoluble, y luego agregar aminoácidos uno por uno a partir del extremo N (extremo base de amoníaco), completando el ciclo de "desprotección, acoplamiento y lavado" cada vez que se agrega un aminoácido. Todo el proceso se lleva a cabo en un portador sólido, y los reactivos y subproductos no reaccionados se pueden eliminar mediante una simple filtración y lavado, lo que simplifica enormemente los pasos de purificación.

III. pasos clave en la síntesis de péptidos

1. selección de resina y fijación del primer aminoácido

La síntesis comienza con la selección de soportes sólidos adecuados (como poliestireno reticulado, resina Peg - ps, etc.), con grupos funcionales reaccionables en su superficie (como el Grupo hidroxi de la resina wang, el Grupo amido de la resina rink). El Grupo carboxílico del primer aminoácido está conectado a la resina a través de un enlace de éster o un enlace de amida, y su Grupo alfa - aminoácido necesita protección previa.

2. protección y desprotección de los aminoácidos

Para prevenir los efectos secundarios, los aminoácidos que participan en la reacción deben protegerse selectivamente:

Alfa - aminogrupo: protección común de fmoc (9 - fluoreno metoxicarbonilo) o BOC (terc - butoxicarbonil);

Grupos activos de la Cadena lateral (como epsilon - aminoácidos de lys, Grupo sulfhídrico de cys, Grupo carboxílico de ASP / glu, etc.): grupos protectores sensibles al ácido (como tbu, trt, etc.);

Grupo carboxílico: generalmente no protegido en la síntesis de estado sólido porque se ha utilizado para el acoplamiento.

Antes de cada ronda de acoplamiento, es necesario eliminar el Grupo protector del extremo n de la cadena de polipéptidos en la resina actual y exponer el Grupo aminérgico de viaje para el siguiente paso de reacción.

3. reacción de péptidos (acoplamiento)

Activar el Grupo carboxílico del siguiente aminoácido protector (comúnmente utilizado hbtu / hobt / dipea, pybop, TIC / oxima y otros sistemas de condensación) reacciona con el Grupo aminoácidos libre del péptido sobre la resina para formar un nuevo enlace péptido. La reacción debe ser eficiente y rápida para evitar la racemización o la generación de subproductos.

4. protección de la cadena de craqueo y desprendimiento

Cuando se completa la síntesis de la secuencia objetivo, es necesario cortar el péptido de la resina con un reactivo ácido fuerte, como tfa, eliminando todos los grupos protectores de la cadena lateral. La estrategia fmoc utiliza comúnmente la mezcla TFA / agua / eliminador (como tis); La estrategia BOC requiere condiciones más drásticas (como HF o tfmsa).

5. purificación e identificación

Los polipéptidos crudos obtenidos de la lisis contienen secuencias faltantes, subproductos e impurezas, que deben purificarse mediante Cromatografía líquida de alto rendimiento en fase inversa (rp - clar). Posteriormente, se confirmó el peso molecular mediante espectrometría de masas (ms), se evaluó la pureza mediante un método de clar analítico y, si fuera necesario, se realizó un análisis de la composición de aminoácidos o una caracterización de la estructura de la dicromatografía circular (cd).

IV. dos estrategias sintéticas convencionales: fmoc vs boc

proyecto	FmocLey	BocLey
α-Grupo de protección de aminoácidos	Fmoc(eliminación alcalina)	Boc(eliminación de ácido)
Reactivos de desprotección	20%Piperidina/ DMF	TFA
Base de protección de la Cadena lateral	Tipo sensible al ácido (comotBu(...)	Tipo estable de ácido fuerte (comoBzl(...)
Condiciones de craqueo	TFASe completa en un solo paso	NecesidadHFO ácido fuerte, peligroso para operar
Seguridad y popularización	Alto, la corriente principal del laboratorio	Baja, uso de secuencias especiales

En la actualidad, la estrategia fmoc / tbu se ha convertido en la opción ideal para la síntesis de la gran mayoría de polipéptidos debido a su operación segura, condiciones suaves y fuerte compatibilidad.

V. aplicaciones de la síntesis de péptidos

Desarrollo de medicamentos: como análogos de insulina, agonistas de receptores GLP - 1 (esmeglutina), péptidos antibacterianos, etc.;

Desarrollo de vacunas: péptidos de epítopos de antígenos sintéticos para la investigación inmunológica;

Investigación científica básica: preparación de péptidos marcados, sustratos enzimáticos, ligandos receptores, etc.

Cosméticos y productos de salud: como péptidos de señalización (que promueven la producción de colágeno), gsh, etc.;

Ciencia de materiales: nanomateriales polipéptidos autoensamblados, biosensores, etc.

VI. desafíos y dirección futura

Aunque la tecnología de síntesis de péptidos ha madurado bastante, todavía se enfrenta a desafíos como la baja eficiencia de la síntesis de péptidos largos, el riesgo de eliminación y la dificultad de disolución de la aglomeración de péptidos hidrofóbicos. Los puntos calientes de investigación actuales incluyen:

Plataforma de automatización y síntesis de alto rendimiento;

Acoplamiento acelerado asistido por microondas;

La Unión química natural sintetiza péptidos o proteínas súper largas;

El disolvente verde reemplaza el dmf;

Diseño de secuencia asistido por inteligencia artificial y optimización de síntesis.

La síntesis de péptidos es un proyecto de precisión que integra química orgánica, ciencia de polímeros y biotecnología. Desde el trabajo pionero de Merrifield hasta la Plataforma de síntesis automatizada de hoy, esta tecnología no solo ha impulsado el desarrollo de las ciencias de la vida, sino que también ha demostrado un gran potencial en el campo de la medicina y la salud.