固相多肽合成——高效策略，革新技術(shù)
固相肽合成技術(shù)（SPPS）是一種革命性的生物化學(xué)技術(shù)，自20世紀(jì)60年代問(wèn)世以來(lái)，已成為合成肽和蛋白質(zhì)的主要方法。1963年，羅伯特·布魯斯·梅里菲爾德（Robert Bruce Merrifield）首次提出了固相肽合成的概念，這一突破性工作不僅極大地提高了肽合成的效率和可控性，還為他贏(yíng)得了1984年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
在固相肽合成中，肽鏈的生長(zhǎng)是通過(guò)逐步加入氨基酸單體來(lái)實(shí)現(xiàn)的。與溶液相合成不同的是，固相肽合成中，肽鏈被固定在一個(gè)不溶性樹(shù)脂載體上，這樣可以簡(jiǎn)化反應(yīng)后的純化步驟。合成過(guò)程從C端氨基酸開(kāi)始，通過(guò)在其α氨基上連接到樹(shù)脂載體上，然后依次將保護(hù)好的氨基酸逐一連接到生長(zhǎng)中的肽鏈上。每次氨基酸連接完成后，通過(guò)簡(jiǎn)單的過(guò)濾步驟去除反應(yīng)中未反應(yīng)的試劑和副產(chǎn)物，從而減少了傳統(tǒng)溶液相合成中需要復(fù)雜純化的步驟。
SPPS的核心在于兩個(gè)主要步驟：脫保護(hù)和偶聯(lián)。首先，肽鏈上的保護(hù)基團(tuán)被移除，使得下一個(gè)氨基酸能夠結(jié)合到肽鏈的游離氨基上。常用的脫保護(hù)試劑包括三氟乙酸（TFA）和二異丙基乙胺（DIPEA），這些試劑能夠有效去除保護(hù)基而不損壞肽鏈。脫保護(hù)后，氨基酸被活化以便偶聯(lián)到生長(zhǎng)中的肽鏈上。常用的偶聯(lián)試劑包括HBTU、HATU等，它們能夠促進(jìn)氨基酸與肽鏈上的游離氨基形成肽鍵。
SPPS的主要優(yōu)勢(shì)在于其高效性和自動(dòng)化潛力。現(xiàn)代的自動(dòng)化合成器可以在短時(shí)間內(nèi)合成數(shù)十個(gè)氨基酸長(zhǎng)的肽鏈，使得合成復(fù)雜肽和小型蛋白質(zhì)變得可行。此外，由于合成是在固相載體上進(jìn)行的，反應(yīng)物和副產(chǎn)物可以通過(guò)簡(jiǎn)單的洗滌步驟被除去，這大大簡(jiǎn)化了后期的純化步驟。
在SPPS的發(fā)展過(guò)程中，出現(xiàn)了兩種主要的技術(shù)流派：Fmoc和Boc策略。這兩種方法的區(qū)別在于它們使用的氨基酸保護(hù)基團(tuán)和脫保護(hù)條件。Fmoc策略使用9-芴甲氧羰基（Fmoc）作為保護(hù)基，脫保護(hù)時(shí)使用堿性條件，如哌啶，而B(niǎo)oc策略使用叔丁氧羰基（Boc）作為保護(hù)基，脫保護(hù)時(shí)使用酸性條件，如三氟乙酸。Fmoc策略由于其溫和的脫保護(hù)條件和較少的副產(chǎn)物形成，逐漸成為主流。
Boc策略是最早發(fā)展的固相肽合成方法之一，它使用叔丁氧羰基（Boc）作為氨基保護(hù)基團(tuán)。在每個(gè)氨基酸殘基的連接過(guò)程中，Boc基團(tuán)通過(guò)酸性條件（通常是三氟乙酸）去保護(hù)，暴露出氨基以進(jìn)行下一步的肽鍵形成。與Boc策略相比，F(xiàn)moc策略的開(kāi)發(fā)則是在為了避免酸性條件對(duì)肽鏈的潛在損傷的背景下提出的。Fmoc策略采用9-芴甲氧羰基（Fmoc）作為保護(hù)基團(tuán)，利用堿性條件（通常是哌啶溶液）去除Fmoc基團(tuán)，從而暴露氨基以進(jìn)行下一步反應(yīng)。
以Fmoc策略為例，首先，在合成開(kāi)始前需要選擇合適的樹(shù)脂作為固相載體，常見(jiàn)的有聚苯乙烯樹(shù)脂（例如Wang樹(shù)脂或Rink amide樹(shù)脂），這些樹(shù)脂具有能夠與氨基酸形成共價(jià)鍵的官能團(tuán)。合成反應(yīng)的第一步是將C端氨基酸固定在樹(shù)脂上，通過(guò)與樹(shù)脂上活化的官能團(tuán)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的酰胺鍵。接下來(lái)，使用20%的哌啶溶液去除氨基酸上的Fmoc保護(hù)基團(tuán)，暴露出游離的氨基。然后，加入下一步要連接的氨基酸，該氨基酸通常使用羧基活化劑（例如HBTU、HATU或DIC）進(jìn)行預(yù)先活化，從而促進(jìn)其與前一氨基酸的氨基形成肽鍵。這一循環(huán)過(guò)程在合成每個(gè)氨基酸時(shí)重復(fù)進(jìn)行，直到整個(gè)多肽鏈合成完成。每次反應(yīng)結(jié)束后，合成過(guò)程中使用的溶劑（如DMF、DCM）和副產(chǎn)物都可以通過(guò)簡(jiǎn)單的洗滌步驟去除。
Boc策略的合成流程雖然與Fmoc策略類(lèi)似，但其細(xì)節(jié)有所不同。Boc策略首先也是將C端氨基酸與樹(shù)脂載體偶聯(lián)，形成酰胺鍵。隨后，通過(guò)使用強(qiáng)酸性試劑（如三氟乙酸，TFA）去除氨基酸上的Boc保護(hù)基團(tuán)，暴露出游離氨基。然后，加入下一個(gè)Boc保護(hù)的氨基酸，在存在羧基活化劑的條件下，形成肽鍵。與Fmoc策略不同，Boc策略中由于需要使用酸性條件進(jìn)行脫保護(hù)，因此其應(yīng)用可能對(duì)某些酸敏感的氨基酸或肽鏈有潛在的影響。盡管如此，Boc策略仍然在一些特定的肽合成中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
無(wú)論是Fmoc還是Boc策略，每個(gè)步驟的反應(yīng)條件和試劑選擇都需精確控制，以確保多肽鏈的合成高效且準(zhǔn)確。最終，通過(guò)從樹(shù)脂上切下肽鏈并進(jìn)行純化，獲得目標(biāo)多肽。兩種策略各自在特定應(yīng)用中展現(xiàn)了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，為研究人員提供了靈活而強(qiáng)大的多肽合成手段。
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