1. 多肽合成序列设计需要注意哪些问题?
多肽是由复杂分子组成的化合物,每一条多肽序列都有其独特的化学和物理属性。除了有些多肽合成比较困难之外,大多数多肽是相对容易进行多肽合成的,但是纯化可能较困难。很多肽水溶性较差,因此在纯化时,这些疏水性多肽常常需要溶解在有机溶剂或者特定的缓冲溶液中。
这些有机溶剂或者缓冲溶液有时并不适合生物学等方面的实验,所以客户就不能用这些多肽进行研究工作。
因此,当接到多肽的订单时,我们会对这些多肽序列进行分析,以确定是否难以合成或水溶性的问题。针对一些有着特殊序列的多肽,我们合成多肽的专业人员经过仔细地分析研究后,会给客户提出合理的建议。
例如,当遇到难于合成或水溶性差的多肽序列时,我们不会拒绝合成,而是提供客户一些可以改善的方法,最终使客户得到满意的产品,这些方法包括改变序列或其两端等方面。
2. 难以合成的多肽序列的设计方案
a. 缩短序列
一般来讲,在合成多肽中多肽肽链长度越长,所得到粗肽的纯度越低。大多数含有少于30个残基的多肽比较容易合成。然而,当肽链的长度超过50个残基时,就应该考虑如何才能得到目的肽。多数情况下,缩短肽的长度使其少于50个残基,能够达到理想的结果。
b. 减少疏水性残基的数目
如果序列中含有较多的疏水性残基,多肽就会难于合成。这可能是在合成多肽的过程中,由于多肽侧链形成β折叠造成不完全耦合所导致。这种情况下,用一些极性残基来替换一个或多个疏水性残基,也可以插入一个Gly或Pro,就可以打开β折叠。
c. 使“困难”残基最少化
如果多肽序列中含有较多的Cys、Met、Arg、Trp残基时,多肽就会难于合成。因为Cys、Met、Trp或者其侧链很容易氧化。如果可能的话应尽量避免这些残基在序列中出现,或者做一些保守的替换。例如,用Ser代替Cys,Norleucine代替Met,Tyr、Phe或其他一些疏水性残基如Leu代替Trp。Lys可以用来代替Arg。
3. 改善溶解性的多肽序列的设计方案
a. 改变多肽序列的N或C端
对酸性肽(即在中性条件下多肽带负电荷),我们推荐多肽为这样的形式:
Acetyl-peptide-COOH(多肽N端乙酰化,C端自由羧基),以使多肽尽可能多的带负电荷。
对碱性肽(即在中性条件下多肽带正电荷),我们推荐多肽为这样的形式:
H-peptide-amide(多肽N端自由氨基,C端酰胺化),以使多肽尽可能多的带正电荷。
b. 缩短或延长多肽序列
如果多肽序列中疏水性残基(W、F、V、I、L、M、Y、A)的含量大于50%时,多肽的溶解性显著降低。此时,延长多肽序列增加的极性残基往往有助于提高多肽的极性。相反,缩短多肽序列以减少疏水性残基也能增强多肽的极性。总之,多肽的极性越强,其水溶性越好。
c. 增加亲水性残基
为了改善合成多肽的溶解性,有些多肽序列是可以任意添加一些极性残基的。我们建议,在酸性肽的N或C端加入Glu-Glu,在碱性肽的N或C端加入Lys-Lys。如果序列中不允许加入带电基团,我们建议在序列的N或C加入Ser- Gly-Ser。显然,如果多肽序列两端都不允许改变的话,这种方法就不适合了。
d. 通过代替一个或多个残基来改变序列
改变多肽序列中的某些残基就可以改善多肽的溶解性。一个相对保守又简单的替换能够显著地增强多肽的溶解性,如用Gly代替Ala。
e. 对一组重叠肽选择不同结构来改变序列
如果想要合成一些连续的或重叠的多肽,应当对每一条多肽的起始点进行适当的改变,使每条多肽序列中的疏水性和亲水性残基达到平衡。或者把“困难”残基分配到不同的序列中(如,将两个Cys划分到两个序列中,而不要使其出现在在同一个序列里)。
4. 一个肽段是否可溶能预测吗?
我们无法通过研究多肽的结构来预测其在水中的溶解度。然而,赖氨酸的ε-氨基和精氨酸的胍通常有助于预测溶解度,尤其是短肽。与此相反,含有天门冬氨酸和谷氨酸的酸性肽往往是不易溶于水的,但易溶于稀氨水或碱性缓冲液。另外,多肽计算器(http://trigoats.cn/tool.aspx)的平均亲水性,可以对我们提供参考。
5. 多肽的溶解和保存
多肽的溶解性很大程度上取决于多肽的极性。酸性的多肽溶解于碱性溶液,而碱性多肽可溶解于酸性溶液,含有大量不带电荷的极性氨基酸残基或疏水性氨基酸的疏水性多肽和中性多肽可先溶解于少量有机溶剂中,如DMSO、DMF、醋酸、乙腈、甲醇、丙醇或异丙醇,然后加水(蒸馏水)稀释。含有甲硫氨酸或半胱氨酸的多肽不能用DMSO溶解,因为DMSO可能造成侧链氧化。
在多肽合成溶解之前先取小部分进行多肽溶解测试,您需要测试几种不同的溶剂,直到找到最适当的一种。只有当多肽完全溶解后,才能加入溶液并将之稀释至最终浓度。即先溶解,后加入缓冲液。注意:
多肽合成中总是将多肽加入到适当溶剂中搅拌,而不能采用其它方式。
a. 将每个酸性氨基酸赋值为-1,包括天冬氨酸(D)、谷氨酸(E)、以及羧基末端-COOH。每个碱性氨基酸赋值为+1,包括精氨酸(R)、赖氨酸(K)、组氨酸(H)以及氨基末端-NH2。然后计算整个多肽的电荷数。
b. 如果整段肽所带电荷是阳性的,说明该肽是碱性的。可先尝试用蒸馏水来溶解;如果不溶于水,接着尝试用少量10%-25%醋酸溶解,如果仍然失败的话,添加一些TFA(10-50微升)来增溶,然后用水稀释至理想浓度。
c.如果整段肽所带电荷是阴性的,说明该肽是酸性的。酸性的多肽可以尝试用PBS(PH 7.4)来溶解,如果不溶的话,添加少量的碱性溶剂,如0.1 M的碳酸氢铵,然后加水稀释至理想浓度。含有游离半胱氨酸的多肽应溶于脱气的c. 酸性缓冲液中,因为当PH值大于7时,巯基会被迅速氧化成二硫化物。
d. 如果整段肽电荷是零,说明肽是中性的。中性肽通常溶于有机溶剂。首先,尝试添加少量乙腈、甲醇或异丙醇。对于高度疏水的多肽,可使用少量的二甲基亚砜溶解,然后用水稀释至理想浓度。对于含有自由半胱氨酸的肽,需使用DMF而不是DMSO。对于有聚集倾向的肽,可添加6M盐酸胍或8M尿素,然后进行必要的稀释。
为了防止或尽量减少多肽降解,请将多肽以冻干粉形式保存在-20°C,-80°C更佳。如果需要保存溶液肽,最好分成小样存放,以避免反复冻融。一份样品融冻后未用完,应扔掉。细菌降解有时会成为溶液肽的麻烦,所以请将肽溶于无菌水或肽溶液过滤除菌。
碱性氨基酸: K, R, H, N-terminus
酸性氨基酸: D, E, C-terminus
极性中性氨基酸: F, I, L, M, V, W, Y
非极性疏水氨基酸: G, A, S, T, C, N, Q, P, 乙酰基,酰胺基
多肽计算器(http://trigoats.cn/tool.aspx)的平均亲水性,可以对我们提供参考。
6. 冻干多肽合成的保存
所有标明“保持冻干”的产物, 经密封包装可在常温条件下稳定运输,溶解状态的多肽不宜长期保存,需要长期保存的多肽,应以冻干粉形式存放在含有干燥剂的密封容器内,置于-20°C保存,-80°C效果更好,可以最大限度地避免合成的多肽降解。这种储存方式可以使多肽可保存数年,避免了被细菌降解和氧化,也可以避免二级结构的形成。
当使用冰冻产品时, 在打开包装和称重前,请先将多肽在干燥器中平衡至室温。因多肽往往具有吸湿性,未经平衡到室温的多肽在打开盖子后易凝结,从而降低了多肽产品的稳定性。一旦打开, 应迅速称量分装完毕, 并立即密闭以免潮解,并将剩余多肽继续储存在-20°C或更低温度。与其他多肽相比,含有半胱氨酸、蛋氨酸、色氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺和谷氨酸N -末端的多肽保存期更短 。
7. 多肽溶液的保存
多肽溶液比干粉的稳定性差很多, 为了得到最好结果, 遵循下列原则:
a. 反复冻融有损于肽的活性, 所以建议分装成小包装保存。需要多少解冻多少, 用后剩余者弃掉。
b. 溶于PH5-7无菌的缓冲液中, 贮存于-20℃。 <
c. 包含Cys、Met、Tyr、Glu、Asp的多肽易于氧化, 因此须保存在无氧化剂的环境中。
d. 由于细菌能降解多肽, 因此储存前必须过滤除菌
8. 什么是多肽的纯度?
多肽的纯度是指采用HPLC方法在214nm处检测到的目标多肽的含量(214nm是肽链的吸收波长),紫外分光光度计检测不到水和残留的盐。可发现其他的杂质包括:缺失序列(缺失了一个或多个氨基酸残基的靶序列),截断序列(加帽过程中产生的序列)脱保护不完全序列(产生于整个合成过程或最后的裂解过程)。
多肽纯化不涉及水和盐。HPLC纯化会产生少量的TFA,如:游离的氨基末端和其他侧链如Arg、Lys、His都可生成少量TFA杂质。通常交付的多肽多含有微量TFA和残留水。即使处于冻干状态,水也会因共价结合的能力不同而不同程度地存在着。
9. 什么是肽净含量?
肽净含量不同于多肽纯度,干品多肽的重量中不仅仅包含多肽,还包含有一些非肽的组份,如水,被吸收的溶剂、配位离子和盐等。肽的净含量是指肽在其中的重量百分比,这个百分比的数值范围很大,可能从50%到90%,取决于纯度、序列以及合成和纯化的方法,不要将肽的净含量和肽的纯度混为一谈,它们是完全不同的两个概念。纯度通常是由HPLC决定的。纯度定义的是多肽样品中含正确序列的组分的百分比,而肽的净含量是指样品中肽类物质相对于非肽类物质所占的百分比,肽的净含量通常是用氨基酸组分分析或紫外分光法测定的。这个信息主要是在一些对肽的浓度很敏感的实验中,对计算肽的浓度是很重要的。如果您需要这项服务(需要订单中明确说明)。通常,亲水性多肽即使在严格的冻干状态下,也会吸收微量的水。因纯化和冻干工艺,会导致不同批次的肽净含量有所不同。
10. 如何对合成的多肽进行质检?
公司对客户提供的所有材料均严格保密。在产品发货前,我们同时提供HPLC和MS检测结果。多肽公司所有多肽均采用反相色谱法纯化。以质谱法测定肽的分子量来确定产品是否正确,MS检测结果还可显示大部份的主要杂质。如果必要,还可提供肽净含量检测(需要订单中明确说明),如氨基酸分析或元素分析。这些方法可以证实多肽的氨基酸组成,他们均可作为多肽确认的补充方法。所有交付的肽均达到了客户要求的纯度。没有达到纯度要求的那些多肽均被丢弃。
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