[三叔]

作者：無碼喂羊



固相多肽合成技術[6]。（Solid-Phase Peptide Synthesis，下簡稱SPPS）。這個方法其實道理很簡單：把第一個氨基被保護好的氨基酸通過羧基連接到一個高分子樹脂上面。對這個氨基脫保護把下一個氨基被保護好的氨基酸通過羧基連接到這個氨基酸上面。對這個氨基脫保護……斷開多肽與樹脂的連接看起來並不復雜，實際上比溶液相的匯總式合成路線更簡單明了：只要重復 脫保護-偶聯 這樣的過程，就可以把肽鏈不斷延長下去。唯一的區別就是，第一個氨基酸是連接在一個高分子樹脂上面的，這樣的結果是，整條肽鏈是連接在高分子樹脂上面的。反應完成後，用合適的化學試劑將肽鏈和高分子樹脂之間的化學鍵切斷，就可以收獲完整的肽鏈了。<img src="https://pic4.zhimg.com/1d3b30ddf0fe0c554cc4a2c6568a8eaf_b.jpg" data-rawwidth="2416" data-rawheight="1261" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="2416" data-original="https://pic4.zhimg.com/1d3b30ddf0fe0c554cc4a2c6568a8eaf_r.jpg">【SPPS 示意圖。 左圖中灰色圓形"Resin"指的是不溶於溶劑的高分子樹脂，"linker"是樹脂與氨基酸羧基相連的官能團，方形”AA“表示氨基酸，小的灰色圓形”PG“表示保護基（Protecting Group）。"Coupling"表示偶聯過程，"Wash"表示用溶劑反復沖洗以移去多余的反應物和催化劑，"Deprotectiong"表示對氨基酸氨基脫保護，暴露氨基，以便和下一個氨基酸的羧基發生反應。右圖中是不斷增長的肽鏈的示意圖，可以看到連接在樹脂上的肽鏈不斷增長，合成完成後從樹脂上切下即可。】【SPPS 示意圖。 左圖中灰色圓形"Resin"指的是不溶於溶劑的高分子樹脂，"linker"是樹脂與氨基酸羧基相連的官能團，方形”AA“表示氨基酸，小的灰色圓形”PG“表示保護基（Protecting Group）。"Coupling"表示偶聯過程，"Wash"表示用溶劑反復沖洗以移去多余的反應物和催化劑，"Deprotectiong"表示對氨基酸氨基脫保護，暴露氨基，以便和下一個氨基酸的羧基發生反應。右圖中是不斷增長的肽鏈的示意圖，可以看到連接在樹脂上的肽鏈不斷增長，合成完成後從樹脂上切下即可。】這樣一個小小的改動，有什麼好處？做過有機合成的人會知道，最麻煩、最耗時的事情並不是做反應——只要用合適的催化劑活化羧基氨基，形成肽鍵並不困難。真正困難的是把產物從原料、催化劑等物質中分離出來。那個時候，高效液相色譜技術尚未發展起來，純化產物是一件耗時耗力的工作。但是梅裡菲爾德的這個方法太聰明了。產物連接在樹脂上意味著什麼？意味著產物根本不在溶液裡面，我們只要把混合物過濾一下，反應物、催化劑、副產物、雜質就統統被移走了！不夠純？我們再用溶劑洗一洗就好了！想一想，用傳統的柱色譜做純化（江湖人稱“過柱子”），填柱、上樣、淋洗、薄層色譜紫外檢測，即使對於經過多年訓練非常嫻熟的有機合成工作者也意味著至少一個小時的高強度工作，初學者常常要2~3個小時，如果是難以分離的物質，操作四五個小時甚至通宵達旦也不算罕見。而如今應用SPPS，用適當的溶劑反復清洗，十分鍾之內，過量原料和催化劑就都被移走了！而且，解決了純化的問題意味著什麼？意味著合成效率也可以大大提高！既然我們可以輕易地洗去多余的反應物和催化劑，那用SPPS的時候，氨基酸和催化劑就可以不要錢一樣地扔進體系裡面了！學過化學平衡的同學應該知道，大大提高反應物的濃度，可以促使產物的產率增加。如今在SPPS過程中，游離的氨基酸常常會加5~10個當量，反應的效率達到了前所未有的高度。更加牛逼的事情是，既然合成肽鏈從以前的煩瑣工作變成了簡單的重復“脫保護-偶聯-沖洗”，那何必還要人工值守？自動化的多肽合成儀很快被制造了出來。氨基酸被封裝在一個個的卡帶式容器裡面，各種溶劑、脫保護劑、催化劑被裝在一個個試劑瓶裡面，只要人工設定好程序，在反應器中裝入適當的樹脂，排列好氨基酸，機器就可以自動完成所有的反應！我們實驗室的多肽合成儀就長這個樣子：<img src="https://pic4.zhimg.com/b869f02364a084d1c3cc509dcff8339f_b.jpg" data-rawwidth="360" data-rawheight="276" class="content_image" width="360">就用上面的這台機器，想要做出desB30胰島素（沒有B鏈末端的蘇氨酸，活性和天然胰島素一樣），只需要一個周末而已！SPPS給普通人帶來了什麼好處？SPPS技術大大縮短了獲得一條非天然肽鏈的時間，這就讓科學家可以近乎隨心所欲地改變肽鏈的結構以調整其性質，比如研制新型藥物，延長作用時間、縮短起效時間、增加針對性、降低副作用等等，以便進一步改善患者的生活質量。比如美國的禮來（Eli Lilly）公司在上世紀研發出的賴脯胰島素優泌樂，就是把天然胰島素的賴氨酸和脯氨酸調換位置以達到快速起效的目的。SPPS的工作幾乎是和第一批胰島素的合成工作同時發表的，但重要性不可同日而語。梅裡菲爾德在1966年順手做了一下胰島素[7]，這種“順手虐專業人士”的風范在科學界並不多見。相比溶液相胰島素全合成，SPPS這項技術對後世研究和工業界的影響都深遠太多了。如今全世界用化學合成多肽的實驗室都在應用SPPS，大藥廠研制多肽類藥物也一定會購置多肽合成儀。梅裡菲爾德也因此在1984年獲得了諾貝爾化學獎。完[1]Banting, F.G., et al., Pancreatic Extracts in the Treatment of Diabetes Mellitus. Canadian Medical Association journal, 1922. 12(3): p. 141-6.[2]RYLE, A.P., et al., The disulphide bonds of insulin. Biochem. J., 1955. 60(4): p. 541-556.[3]Meienhofer, J., et al., SYNTHESE DER INSULINKETTEN UND IHRE KOMBINATION ZU INSULINAKTIVEN PRAPARATEN. Zeitschrift Fur Naturforschung Part B-Chemie Biochemie Biophysik Biologie Und Verwandten Gebiete, 1963. B 18(12): p. 1120-&.[4]Katsoyannis, P.G., A. Tometsko, and K. Fukuda, Insulin Peptides. IX. The Synthesis of the A-Chain of Insulin and its Combination with Natural B-Chain to Generate Insulin Activity. Journal of the American Chemical Society, 1963. 85(1: p. 2863-2865. Katsoyannis, P.G., et al., Insulin Peptides. X. The Synthesis of the B-Chain of Insulin and Its Combination with Natural or Synthetis A-Chin to Generate Insulin Activity. Journal of the American Chemical Society, 1964. 86(5): p. 930-932.[5]Kung, Y.T., et al., TOTAL SYNTHESIS OF CRYSTALLINE BOVINE INSULIN. Scientia Sinica, 1965. 14(11): p. 1710-&.[6]Merrifield, R.B., Solid Phase Peptide Synthesis. I. The Synthesis of a Tetrapeptide. Journal of the American Chemical Society, 1963. 85(14): p. 2149-2154.[7]Marglin, B. and R.B. Merrifield, The Synthesis of Bovine Insulin by the Solid Phase Method1. Journal of the American Chemical Society, 1966. 88(21): p. 5051-5052.編輯於 2017-02-15

[靈猴]

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