合成多肽的方法與原理

合成多肽是α-氨基酸以肽鏈連接在一起而形成的化合物,它也是蛋白質(zhì)水解的中間產(chǎn)物。 由兩個氨基酸分子脫水縮合而成的化合物叫做二肽,同理類推還有三肽、四肽、五肽等。



合成多肽方法分類

多肽的合成主要分為兩條途徑:化學(xué)合成多肽和生物合成多肽。
化學(xué)合成主要是以氨基酸與氨基酸之間縮合的形式來進行。在合成含有特定順序的多肽時，由于多肽合成原料中含有官能度大于2的氨基酸單體，多肽合成時應(yīng)將不需要反應(yīng)的基團暫時保護起來，方可進行成肽反應(yīng)，這樣保證了多肽合成目標(biāo)產(chǎn)物的定向性。多肽的化學(xué)合成又分為液相合成和固相合成。
多肽液相合成主要分為逐步合成和片段組合兩種策略。逐步合成簡潔迅速，可用于各種生物活性多肽片段的合成。片段組合法主要包括天然化學(xué)連接和施陶丁格連接。近年，多肽液相片段合成法發(fā)展迅速，在多肽和蛋白質(zhì)合成領(lǐng)域已取得了重大突破。在多肽片段合成法中，根據(jù)多肽片段的化學(xué)特定性或化學(xué)選擇性，多肽片段能夠自發(fā)進行連接，得到目標(biāo)多肽。因為多肽片段含有的氨基酸殘基相對較少，所以純度較高，且易于純化。
多肽的生物合成方法主要包括發(fā)酵法、酶解法，隨著生物工程技術(shù)的發(fā)展，以DNA重組技術(shù)為主導(dǎo)的基因工程法也被應(yīng)用于多肽的合成。



合成多肽的原理

多肽合成就是如何把各種氨基酸單位按照天然物的氨基酸排列順序和連接方式連接起來。由于氨基酸在中性條件下是以分子內(nèi)的兩性離子形式(H3+NCH(R)COO-)存在，因此，氨基酸之間直接縮合形成酰胺鍵的反應(yīng)在一般條件下是難于進行的。
氨基酸酯的反應(yīng)活性較高。在100℃下加熱或者室溫下長時間放置都能聚合生成肽酯，但反應(yīng)并沒有定向性，兩種氨基酸a1和a2的酯在聚合時將生成a1a2…、a1a1…、a2a1…等各種任意順序的混合物。
為了得到具有特定順序的合成多肽，采用任意聚合的方法是行不通的，而只能采用逐步縮合的定向多肽合成方法。一般是如下式所示，即先將不需要反應(yīng)的氨基或羧基用適當(dāng)?shù)幕鶊F暫時保護起來，然后再進行連接反應(yīng)，以保證多肽合成的定向進行。
式中的X和Q分別為氨基和羧基的保護基，它不僅可以防止亂接副反應(yīng)的發(fā)生，還具有能消除氨基酸的兩性離子形式，并使之易溶于有機溶劑的作用。
Q在有的情況下也可以不是共價連接的基團，而是由有機強堿(如三乙胺)同氨基酸的羧基氫離子組成的有機陽離子。Y為一強的吸電子基團，它能使羧基活化，而有利于另一氨基酸的自由氨基，對其活化羧基的羧基碳原子進行親核進攻生成酰胺鍵。
由此所得的連接產(chǎn)物是N端和C端都帶有保護基的保護肽，要脫去保護基后才能得到自由的肽。如果肽鏈不是到此為止，而是還需要從N端或C端延長肽鏈的話，則可以先選擇性地脫去X或Q，然后再同新的N保護氨基酸(或肽)或C保護的氨基酸(或肽)進行第二次連接，并依次不斷重復(fù)下去，直到所需要的肽鏈長度為止。
對于長肽的多肽合成來說，一般有逐步增長和片段縮合兩種伸長肽鏈的方式，前者是由起始的氨基酸(或肽)開始。每連接一次，接長一個氨基酸，后者則是用N保護肽同C保護肽縮合來得到兩者長度相加的新的長肽鏈。
對于多肽合成中含有谷氨酸、天冬氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸、半胱氨酸等等帶側(cè)鏈功能團的氨基酸的肽來說，為了避免由于側(cè)鏈功能團所帶來的副反應(yīng)，一般也需要用適當(dāng)?shù)谋Ｗo基將側(cè)鏈基團暫時保護起來。