多肽定制合成中肽鍵形成的基本原理

 

多肽定制合成

 

一個(gè)肽鍵的形成(生成一個(gè)二肽)，從表面上看是一個(gè)簡(jiǎn)單的化學(xué)過(guò)程，它指兩個(gè)氨基酸組分通過(guò)肽鍵(酰胺鍵)連接，同時(shí)脫去水.

 

在溫和反應條件下，肽鍵的形成是通過(guò)活化一個(gè)氨基酸(A)的羧基部分，第二個(gè)氨基酸(B)則親核進(jìn)攻活化的羧基部分而形成二肽(A-B).如果羧基組分(A)的氨基未保護，肽鍵的形成則不可控制，可能開(kāi)有成線(xiàn)性肽和環(huán)肽等副產(chǎn)物，與目標化合物A-B混在一起。所以，在多肽合成過(guò)程中，對不參與肽鍵形成的所有官能團必須以暫時(shí)可逆的方式加以保護。

 

因此，多肽合成-即每一個(gè)肽鍵的形成，包括三個(gè)步聚。

 

第一步，需要制備部分保護的氨基酸，氨基酸的兩性離子結構不再存在;

 

第二步，為形成肽鍵的兩步反應，N-保護氨基酸的羧基必須先活化為活性中間體，隨后形成肽鍵。這一耦合反應既可作為一步反應進(jìn)行，也可作為兩個(gè)連續的反應進(jìn)行。

 

第三步，對保護基進(jìn)行選擇性脫除或全脫除。盡管全部脫除要等到肽鏈全部組裝完成后才能進(jìn)行，但為了繼??? 續肽合成，選擇性脫除保護基也是必需的。

 

由于10個(gè)氨基酸(Ser、Thr、Tyr、Asp、Glu、Lys、Arg、His、Sec和Cys)含有需要選擇性保護的側鏈官能團，使肽合成變得更加復雜。因為對選擇性的要求不同，所以必須區分臨時(shí)性和半永久性保護基。臨時(shí)性保護基用于下一步要反應氨基酸的氨基或羧基官能團的暫時(shí)保護，在不干擾已經(jīng)形成的肽鍵或氨基酸側鏈的半永久性保護基才脫除，有時(shí)也在合成過(guò)程中脫除。

 

在理想狀態(tài)下，羧基組分的活化和隨后的肽鍵形成(耦合反應)應為快速反應，沒(méi)有消旋或副產(chǎn)物形成，并應用等摩爾反應物以獲得高產(chǎn)率。但遺憾的是，還沒(méi)有一種能滿(mǎn)足這些要求的化學(xué)耦合方法相比，適用于實(shí)際合成的方法很少。

 

在肽合成過(guò)程中，參與多種反應的官能團常常與一個(gè)手性中心相連(甘氨酸是唯一的例外)，存在發(fā)生的消旋的潛在危險。

 

多肽合成循環(huán)的最后一步，保護基要全部脫除。除了在二肽的合成中需要全脫保護以外，選擇性脫除保護基對于肽鏈延長(cháng)具有非常重要的意義。合成策略要深思熟慮地規劃，依戰略選擇，可以選擇性脫除Nα-氨基保護基或羧基保護基。“戰略”一詞這里是指單個(gè)氨基酸的縮合反應順序。一般來(lái)說(shuō)，在逐步合成和片段縮合之間 是有區別的。在溶液中進(jìn)行肽合成(也指“常規合成”)，對困難序列，多數情況下，用肽鏈逐步延長(cháng)法只能合成較短的片段。要合成更長(cháng)的肽時(shí)，目標分子必須分割成合適的片段，并確定在片段縮合過(guò)程中，它們能使能C端差向異構化程度最小。在單個(gè)片段逐步組裝完成后，再連接產(chǎn)生目標化合物。肽合成戰術(shù)包括選擇最恰當的保護基組合和最佳的片段偶聯(lián)方法。

 

最初的固相多肽合成(SPPS)只是肽和蛋白質(zhì)逐步合成法的一種變化，其概念是將增長(cháng)的肽鏈連接到一個(gè)不溶性的聚合物載體上，由Robert Bruce Merrifield在1963年首次報道。今天，為紀念他1984年獲得諾貝爾獎而稱(chēng)之為Merrifield。在聚合物載體上，也可以進(jìn)行片段縮合反應.