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固相多肽合成树脂的特征和进展

  摘要:讨论了固相多肽合成(SPPS)的基本原理,以及固相多肽合成树脂的特征和进展;着重讨论了聚苯乙烯-苯二乙烯树脂的性质。

  关键词 固相多肽合成(SPPS)树脂

  前言 自从1963年MERRIFIELD发展成功了固相多肽合成(SPPS)方法以来,经过不断的改进和完善,到今天这个方法已成为多肽和蛋白质合成中的一个常用技术,表现出了经典液相合成法无法比拟的优点。
  固相合成的主要设计思想是[1]:先将所要合成肽链的羟未端氨基酸的羟基以共价键的结构同一个不溶性的高分子树脂*相连,然后以此结合在固相载体*上氨基酸作为氨基组分经过脱去氨基保护基,并同过量的活化羟基组分反应接长肽链。重复(缩合—洗涤—去保护—中和和洗涤—下一轮缩合)操作,达到所要合成的肽链长度;最后将肽链从树脂上裂解下来,经过纯化等处理,即得所要的多肽。
  将固相合成与其它技术分开来的唯一特征是固相载体。Merrifield和Erickon 提出了一种有用的载体必须满足的普遍要求[2] :
   它必须包含反应位点,以使肽链能连在这些位点上,并在以后除去;它还必须对合成过程中的物理和化学条件稳定;载体必须允许在不断增长的肽链和试剂之间快速的、不受阻碍的接触;另外,载体必须允许提供足够的连接点以使每单位体积的载体给出有用产量的肽,并且必须尽量减少被(载体)束缚的肽链之间的相互作用。虽然这些要求的限度还不是很清楚。
   并不是所有的要求都很容易达到;而且这里还有一些矛盾。在一个被液体介质自由渗透的轻度交联的胶状系统中,被缚肽链和溶解的试剂之间的不受阻碍的接触似乎可以很容易达到。传统的聚苯乙烯(PS)树脂就是这种类型;另一方面,被缚肽链之间的相互作用可以在一个固体表面功能化的、刚性更强的系统中达到。曾研究过表面功能化的硅,但它的容易可能很低。在这些极端之间有许多实用的或潜在的固相系统,对它们有各种描述:爆米花、巨孔、巨网和接枝共聚物。实际中发现简单的凝胶状树脂具有最好的综合性能[2]。
   用于多肽合成的高分子载体主要有三类[3]:交联聚苯乙烯;聚酰胺;聚乙烯-乙二醇类树脂。
1、 聚苯乙烯-苯二乙烯交联树脂
1.1 树脂的选择和性质

  聚苯乙烯-苯二乙烯交联树脂是多肽合成中最早、最常用的固相载体,其结构如图1.1   * 树脂是一种有机聚合物,作者认为在反应基团(接头)导入前的叫树脂比较适合,如聚乙烯-苯二乙烯。聚丙烯酰胺;树脂导入接头后则叫载体,但通常不用严格区分,可笼统使用。

图1.1

  它由小珠体构成,直径20-150μm。为了使载体具有较大的网格空间足以容纳不断增长的较长肽链而且便于反应物进入载体内部,一般均采用1-2%交联度的PS树脂。但交联度过低,则溶胀性过大,不易过滤,而且机械性能不好,易于破碎。有人采用了另外一类办法。例如, ① 采用高达20%交联度的PS树脂。这种树脂的内部网格很小,类似于实心球。因此,肽链的接长反应只能在树脂表面上进行。 ② 以玻璃珠或聚乙烯醇(PVA)为内核,聚合上一层低交联或无交联的PS。 ③ 用20%交联的PS珠体为核心,再在表面聚合上一层低交联的PS制成表层树脂或者在Kel-F上进行幅照接技。但 ① 和 ② 的应用较果并不理想。 1.2 反应基团的导入
   上面的聚合物是起支撑和载带作用,并不能直接连上(第一个)氨基酸,必须要在苯环上导入反应基团(接头)。最简单而最常用的基团是氯甲基。它可以通过一个傅氏反应导入(式1.1):

(1.1)
它能同N-保护氨基酸的羟基反应形成苄酯的结构而把起始氨基酸挂到树脂上。反应如式1.2。


(1.2)
  由于氯甲基树脂同N-保护氨基酸的羟基反应的条件较为激烈,有的氨基酸,如His和Met等,还可能发生烷基化等副反应。因此,除一方面发展了反应活性较高的溴甲基树脂外,又发展了羟甲基树脂(1-2)。它可以由(1-1)通过式1.3反应来制备。

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