多肽合成
關注創建者：合肥國肽生物 創建時間：2018-12-21
多肽合成的實例教程
基于上述序列可調的α-NCA與β-NTA共聚反應通過一鍋法來制備三嵌段聚α/β-多肽具有極好的可重復性，以端基為PEG的三嵌段聚α/β-多肽PEG-poly(Boc-α-L-Lys)-b-poly(Bn-β3-LCHG)為例，六個不同批次的聚合反應得到的產物GPC曲線幾乎完全重合。此外，通過該方法合成α/β-多肽可以通過調節β-氨基酸結構來改變自組裝形貌，從而展現在多肽自組裝研究中的潛力（圖5）。
圖5：在CHCl3/H2O混合溶劑中一鍋法合成PEG功能化的三嵌段α/β-多肽自組裝
本研究論文所建立的序列可控的α-NCA和β-NTA活性共聚方法，實現了合成具有酶降解可調和聚合物序列可控的α/β-多肽突破，為α/β-多肽的合成和功能研究打開了大門，對探索多肽大分子新折疊方式、自組裝結構和生物學功能具有十分重要的意義。
華東理工大學周敏博士是該論文的第一作者，劉潤輝教授是通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金委等基金的資助。
論文鏈接:
https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(21)01092-0#relatedArticles
展開 蛋白質和多肽類藥物具有作用位點專一，療效明確等優點，近年來，蛋白質和多肽類藥物的研究和發展已經成為生物醫藥領域研究的一個熱點。二硫鍵在維持多肽和蛋白質的空間立體結構及由此決定的生物活性中發揮著重要的作用。二硫鍵即為蛋白質或多肽分子中兩個不同位點Cys的巰基（-SH）被氧化形成的S-S共價鍵。一條肽鏈上不同位置的氨基酸之間形成的二硫鍵，可以將肽鏈折疊成特定的空間結構。
多肽分子通常分子量較大，空間結構復雜，結構中形成二硫鍵時要求兩個半胱氨酸在空間距離上接近。此外，多肽結構中還原態的巰基化學性質活潑，容易發生其他的副反應，而且肽鏈上其他側鏈也可能會發生一系列修飾，因此，肽鏈進行修飾所選取的氧化劑和氧化條件是反應的關鍵因素，反應機理也比較復雜，既可能是自由基反應，也可能是離子反應。
多肽的二硫鍵修飾中，分子內或者分子間一對二硫鍵的合成通常比較容易，反應條件有多種選擇，比如空氣氧化，DMSO氧化等溫和的氧化過程，也可以采用H2O2，I2，汞鹽等激烈的反應條件，反應產物也比較容易純化分離，得到較高的純度和產率。
空氣氧化法形成二硫鍵是多肽合成中最經典的方法，并且在早期的研究中取得了較好的結果。采用空氣氧化法通常是將巰基處于還原態的多肽溶于水中，在近中性或弱堿性條件下（PH值6.5～10），反應24小時以上。為了降低分子之間二硫鍵形成的可能，該方法通常需要在低濃度條件下進行。
碘氧化法在多肽合成中應用同樣廣泛，一般將多肽溶于25%的甲醇水溶液或30%的醋酸水溶液中，逐滴滴加10～15mol/L的碘進行氧化，反應15～40min。當肽鏈中含有對碘比較敏感的Tyr、Trp、Met和His的殘基時，氧化條件要控制的更精確，氧化完后，立即加入維生素C或硫代硫酸鈉除去過量的碘。
當一條肽鏈上需要形成兩對或兩對以上的二硫鍵時，反應過程就變得相對復雜。
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搭建時間：2023.9.20-21
展覽時間：2023.9.22-24
撤展時間：2023.9.24中午 展品范圍：
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3 、教學儀器及實驗室裝備：理化生實驗設備、實驗室成套設備及裝置 、實驗室配套設備、實驗室耗材、電子與通信測量儀器、分析儀器、光學儀器、專用儀器儀表、自動化儀表、通用儀表、投影及顯示設備、監控設備等；
實驗室家具：整體實驗室家具、實驗臺、超凈工作臺、通風櫥、通風柜、生物安全柜、藥品柜、儲藥柜、實驗室家具配套設備、實驗柜 、保護罩 、及其它整體實驗室家具設計及安裝等；
4 、實驗室儀器配套產品：毛細管柱、氣體發生器、空心陰極燈、氘燈、霧化器、指示電極、樣品管、采樣器、 化學試劑、玻璃器皿、填料、分析柱、過濾頭、電磁閥、高壓電源、石墨管、比色皿、參比電極、減壓閥、萃取柱、標準物質、常用物品；
5、生化、生物技術與診斷：多肽合成儀、PCR儀、化學發光分析儀、電泳儀、酶標儀、細胞分析儀、凝膠成像系統、芯片、蛋白/肽測序儀、DNA測序儀、DNA合成儀、紫外觀察燈、光標記裝置
展開 2014年文獻中很多反應方案僅有較小的變化（如，酰胺縮合劑不同，保護/去保護的順序不同等），綜合考慮合成過程的差異性，則酰胺鍵的形成在2014年大多數文獻（約50%）中至少出現一次。酰胺鍵的形成主要用于兩大類，多肽合成（7.2%）和所有其他酰胺鍵偶聯（50%，見圖1）。如果結合這兩大類，則酰胺鍵偶聯反應在60%的2014年文獻中至少出現一次。催化交叉偶聯反應在藥物化學中應用越來越廣，其中最大類別是用鈀催化的Suzuki–Miyaura偶聯反應。最早的Suzuki文章發表在1981年，然而直到1984年才引起關注。
圖1. 反應發生率. 至少在一篇文獻中出現的比例（n=125，藍色代表2014年J.Med.Chem.的數據，紅色代表1984年J.Med.Chem.的數據）。箭頭（和年）表示這個技術在原文獻中第一次引用.
圖中可以看到兩個有趣的現象，其中酰胺鍵形成反應1984年為25%，2014年約為50%，而雜環合成在2014年要遠低于1984年（24% vs 45%）。這反映出這些年試劑商業化的趨勢，許多含官能團的雜環在1984年要制備，而2014年能買得到。另一個原因是高通量化學的發展，酰胺鍵反應比雜環合成更容易控制。另一個有趣的現象是Boc保護/去保護應用在1984年和2014年的相對比例，二碳酸二叔丁酯在1976年首次被介紹，1979-1980年Aldrich目錄中將該試劑描述為“叔丁氧羰基的一個新試劑”。Boc保護基團的應用在當時不太容易被人接受，而現在已成為大家首選的氨基保護基團之一。
1984年大部分反應在2014年仍在應用，但三個反應除外（脫羧反應、付－克酰化和烷基化、醇消除為烯烴的反應）（表1）。
展開 Wooley
教授
團隊
展示了
一種不含金屬的，基于多肽的電池，其中紫精和氮氧化物自由基作為氧化還原活性基團沿著多肽主鏈被引入，分別充當陽極和陰極材料。這些氧化還原活性多肽用作在電池運行期間穩定的活性材料，隨后在酸性條件下按需降解以生成氨基酸，其他結構單元和降解產物。
這種基于多肽的電池是解決未來循環經濟中對綠色和可持續電池的替代化學需求的第一步。相關論文以題為
Polypeptide organic radical batteries
發表在《
Nature
》上。
【主圖導讀】
圖
1：基于多肽的有機自由基電池。
圖
2：氧化還原活性多肽的合成。
圖
3：氧化還原活性多肽的循環伏安圖。
圖
4：多肽復合半細胞和全細胞的電化學反應。
圖
5：紫精和biTEMPO多肽的降解。
【總結】
團隊設計了一種無金屬的全多肽有機自由基電池，該電池包含可按需降解的氧化還原活性氨基酸大分子。這一概念代表了朝著可持續，可循環再利用的電池邁出的第一步，并將全球對戰略金屬的依賴性降至最低。
紫精和
biTEMPO多肽的陽極和陰極分別是通過高反應性環狀N-羧基酐的開環聚合反應，隨后進行順序的聚合后修飾以引入氧化還原活性基團而合成的。多肽電池的最大充電容量為37.8 mA h g
-1
（理論容量為44.5 mA h g
-1
）。
活性成分在酸的存在下按需降解，以再生起始氨基酸和其他結構單元。展望未來，主要挑戰是防止活性物質
溶解和提高整體電池容量。未來的研究應集中在通過交聯，后處理修飾
45或利用多肽在液流電池中的溶解度來防止多肽溶解。
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整體實驗室家具、實驗臺、超凈工作臺、通風櫥、通風柜、生物安全柜、藥品柜、儲藥柜、實驗室家具配套設備、實驗柜 、保護罩 、及其它整體實驗室家具設計及安裝等；
4 、實驗室儀器配套產品：毛細管柱、氣體發生器、空心陰極燈、氘燈、霧化器、指示電極、樣品管、采樣器、 化學試劑、玻璃器皿、填料、分析柱、過濾頭、電磁閥、高壓電源、石墨管、比色皿、參比電極、減壓閥、萃取柱、標準物質、常用物品；
5、生化、生物技術與診斷：多肽合成儀
酰胺鍵的形成主要用于兩大類，多肽合成（7.2%）和所有其他酰胺鍵偶聯（50%，見圖1）。如果結合這兩大類，則酰胺鍵偶聯反應在60%的2014年文獻中至少出現一次。催化交叉偶聯反應在藥物化學中應用越來越廣，其中最大類別是用鈀催化的Suzuki–Miyaura偶聯反應。最早的Suzuki文章發表在1981年，然而直到1984年才引起關注。
圖1. 反應發生率.
伯胺引發的N-羧基內酸酐 (N-carboxyanhydrides, NCAs) 開環聚合是合成多肽聚合物的經典聚合方法，然而，這一經典聚合方法需經過額外的脫羧步驟才能生成伯胺鏈增長反應活性中心，大大減慢了聚合速度。另外，對水分敏感一直是常規NCA聚合的嚴峻挑戰。因此，研究NCA聚合新策略對多肽聚合物的制備及相應生物功能研究具有重要意義。
多肽模擬物的降解可調使得多肽可以適配不同應用場景，而多肽序列對其功能的發揮具有重要作用，因此，對酶降解可調和聚合物序列可控是多肽合成和應用研究領域中的關鍵性需求和挑戰。
圖2 氧化還原活性多肽的合成。
圖3 氧化還原活性多肽的循環伏安圖。
圖4 多肽復合材料半電池和全電池的電化學響應。
圖5 紫羅堿和biTEMPO多肽的降解。
綜上所述，研究者設計了一個無金屬，全多肽有機自由基電池，設計包括了氧化還原活性氨基酸大分子降解的需求。
圖
2：氧化還原活性多肽的合成。
圖
3：氧化還原活性多肽的循環伏安圖。
圖
4：多肽復合半細胞和全細胞的電化學反應。
圖
5：紫精和biTEMPO多肽的降解。
【總結】
團隊設計了一種無金屬的全多肽有機自由基電池，該電池包含可按需降解的氧化還原活性氨基酸大分子。
我們分別列出兩種以2-Cl樹脂和Rink樹脂為載體合成的多肽上多對二硫鍵形成路線：
二硫鍵的形成一直是多肽合成中的一個難點，經過不懈的研究和累積，我們公司已經具備相當成熟的多對二硫鍵成環技術，目前我們已經能夠高成功率的合成三對和四對二硫鍵的多肽。不斷克服實驗困難，不停提高產品質量，不懈努力達到客戶要求是我們國肽生物的不變宗旨。
與蛋白相比，多肽通常具有合成方法簡單、易于化學修飾、在儲存過程中穩定性好不易變質、易于同其他方法或技術結合等優點。因此，近年來多肽材料在生物醫學領域具有強大的應用前景。
迄今為止，雖然大量的生物醫學難題已經取得了重大的突破，但是腫瘤作為世界范圍內人類死亡的主要原因仍舊無法得到徹底的解決。許多科學家和研究人員在開發腫瘤診斷與治療的新型生物材料方面做出了很多努力與嘗試。
