Method Article
Un simple y general método manual peptoide síntesis referida a un equipo y reactivos básicos, disponibles en el mercado se perfila, lo que permite peptoides para ser fácilmente sintetizada en la mayoría de los laboratorios. La síntesis, purificación y caracterización de un 36mer peptoide anfifílicas se describe, así como su auto-ensamblaje en muy ordenada nanoláminas.
Peptoides son una nueva clase de biomimética, no natural, la secuencia específica de heteropolímeros que se resisten a la proteólisis, muestran una actividad biológica potente, y se pliegan en nanoestructuras de orden superior. Estructuralmente similar a los péptidos, peptoides son poli N-sustituidos glycines, donde las cadenas laterales están unidos al nitrógeno en lugar de la alfa-carbono. Su facilidad de síntesis y la diversidad estructural permite la prueba de los principios de diseño básicos para conducir de novo diseño y la ingeniería de nuevos materiales biológicamente activos y nanoestructurados.
Aquí, un sencillo manual de protocolo peptoide síntesis se presenta que permite la síntesis de polypeptoids de cadena larga (hasta 50mers) en excelentes rendimientos. Sólo el equipo básico, técnicas sencillas (por ejemplo, transferencia de líquido, filtración), y los reactivos disponibles en el mercado se requieren, por lo que peptoides una adición acceso a kits de muchos investigadores ". La columna vertebral peptoide se cultiva un monómero en un tiempo de via el método submonomer que consiste en un ciclo de dos pasos monómero además: acilación y el desplazamiento. Ácido en primer lugar, bromoacético activado in situ con N, N'-diisopropilcarbodiimida acilatos uno unido a resina amina secundaria. Segundo desplazamiento, nucleofílico del bromuro de una amina primaria sigue para introducir la cadena lateral. El ciclo de dos etapas se repite hasta que la longitud de la cadena deseada. La eficiencia de acoplamiento de este ciclo de dos etapas de rutina excede el 98% y permite la síntesis de peptoides de hasta 50 residuos. Diversas secuencias altamente ajustable, precisa y químicamente son alcanzables con el método submonomer como cientos de aminas primarias disponibles se puede incorporar directamente.
Peptoides se están convirtiendo en un material versátil biomiméticos para la investigación Nanobiociencia debido a su flexibilidad sintética solidez, y ordenar a nivel atómico. El plegamiento de una cadena simple, la información anfifílicas,ción rica en polypeptoid en un nanosheet muy ordenada se ha demostrado recientemente. Este peptoide es un 36-mer que consta sólo de tres monómeros diferentes disponibles en el mercado: hidrofóbico, catiónicos y aniónicos. Las cadenas hidrofóbicas feniletilo lado están enterrados en el núcleo nanosheet mientras que la amina iónicas y las cadenas laterales carboxilo se alinean en las caras hidrofílicas. El nanoláminas peptoide servir como una plataforma potencial para miméticos de membrana, miméticos de proteínas, la fabricación de dispositivos y sensores. Métodos para la síntesis de peptoide, formación de la hoja, y las imágenes de microscopía se describen y proporcionan un método sencillo para que los futuros diseños nanosheet peptoide.
1. En fase sólida Submonomer Síntesis de Polypeptoids
Síntesis en fase sólida (MSF) es una técnica común usada para sintetizar la secuencia específica de biopolímeros paso a paso, directamente en un sólido inerte de apoyo como una resina polimérica de cuentas. Altos rendimientos de acoplamiento y la facilidad de eliminación de reactivo en exceso son las principales ventajas de SPS. Después de una reacción de acoplamiento a la resina, reactivos en exceso simplemente se drenan y las perlas se lavan para estar listo para el paso de la reacción siguiente. Después de la reacción de síntesis final, los oligómeros de larga duración se escinde de la resina y el material de solución de fase puede ser más estudiado. En este sentido, adaptar el procedimiento de MSF para generar la secuencia específica de polímeros peptoide.
2. División y la desprotección de la Cadena Lateral
3. Caracterización y purificación de la Polypeptoid
4. Formación Nanosheet peptoide
En esta sección se describes el protocolo para formar láminas de una sola cadena, secuencia específica, anfifílicas 36-mer peptoide (Fig. 1). Después de la cadena peptoide se sintetiza, purificada y liofilizada como se describió anteriormente, el polvo blanco resultante se disuelve en DMSO para obtener una solución 2 mM de valores.
5. Microscopía de fluorescencia de nanoláminas
6. Electrónico de barrido microscopía de barrido (SEM) de nanoláminas
7. Notas de seguridad:
8. Los resultados representativos:
En esta sección se describe la síntesis, caracterización y purificación de una secuencia específica de 36-mer peptoide cadena que se pliega en una muy ordenada nanosheet 3 (Fig. 1).
El bloque de carga peptoide H-[Nae-NPE] 9 - [NCE-NPE] 9-NH 2 fue sintetizada en 100 mg de resina Rink amida. A 2 M solución de amina se utiliza para todas las reacciones de desplazamiento, que se llevaron a cabo durante 60 minutos para los residuos de 1.18 y 120 minutos para los residuos 19-36. t-butil beta-alanina HCl se convirtió en la base libre (véase la discusión), mientras que la feniletilamina y la boc etilendiamina-fueron utilizados directly. La resina se escindió con un 95% de TFA, un 2,5% triispropylsilane, 2,5% de agua durante 2 horas. TFA se evapora y el aceite viscoso resultante (~ 180 mg) se volvió a disolver en acetonitrilo 6 ml: agua 1:1 (v / v). La pureza del producto (Fig. 4) y la presencia de la masa del producto fue confirmada por análisis de RP-HPLC (30-80% de acetonitrilo en gradiente de agua, tanto que contiene 0,1% (v / v) de TFA, a 1 ml / min durante 30 minutos a 60 ° C con un C18, 5 m, 50 X 2 mm de columna) y MALDI (Fig. 5).
Purificación con HPLC en fase reversa en una columna Vydac C18 (10 micras, 22 mm x 250 mm) procedió, siguiendo un gradiente de 30-60% de acetonitrilo en agua con 0,1% TFA durante 60 minutos a 10 ml / min. La columna estaba cargado con 60 mg de producto crudo para cada corrida cromatográfica. Las fracciones purificadas se combinaron basado en la pureza de la RP-HPLC analítico (Fig. 4) y liofilizado para producir ~ 80 mg de un polvo blanco esponjoso.
Purificado bloque de carga peptoide molecularpeso fue confirmada por MALDI. 1 l de 100 M purificada peptoide en acetonitrilo: agua 1:1 (v / v) se mezcló con 1 l de la matriz (5 mg / ml de α-ciano-4-hidroxicinámico en acetonitrilo: agua 1:1 v / v, y 0,1% de TFA) y l 1 fue descubierto en la placa de MALDI. Después de la muestra secada al aire, se colocó en el Applied Biosystems / MDS Sciex 4800 MALDI TOF / TOF Analyzer. Los modos de adquisición y procesamiento de la masa lineal de baja. El peso calculado se ha introducido en la masa dirigida para ajustar automáticamente el tiempo de retardo. La intensidad del láser se estableció en 3400. La masa observada, 4981,2, se acerca mucho a la masa calculada de 4.981,74.
El polvo liofilizado purificado se disolvió en DMSO para obtener una solución 2 mM de valores, que pueden ser almacenadas a 4 ° C. Hojas fueron preparadas por el protocolo mencionado y con imágenes de microscopía de fluorescencia óptica y SEM (Fig. 2 y 3). Una gran variedad de formas con tamaños que van hasta 300 micras se observan, y notabmente, bordes rectos ocupan un lugar destacado.
Figura 1 Secuencia del bloque de carga peptoide H-[Nae-NPE] 9 -. [NCE-NPE] 9-NH 2. Una cadena única, la carga de bloques, polypeptoid anfifílicas 36-mer se constituye en altamente ordenadas, de dos dimensiones nanoláminas 3. El peso molecular calculado es 4.981,74.
Figura 2. Imágenes de microscopía de fluorescencia de nanoláminas peptoide. Las sábanas estaban formados a partir de una solución al 20 M peptoide en 10 mM Tris, 100 mM NaCl, pH 8,0. Las hojas son imágenes de agarosa con 1μM Nilo Rojo. Las barras de escala son 100 micras.
Figura 3. Digitalización de imágenes de microscopía electrónicade nanoláminas peptoide. Las sábanas estaban formados a partir de una solución al 20 M peptoide en 10 mM Tris, 100 mM NaCl, pH 8,0. Las barras de escala es de 5 micras.
Figura 4 analítico HPLC en fase reversa rastro de H-[Nae-NPE] 9 -. [NCE-NPE] 9-NH 2. El crudo y purificado HPLC analítica de trazas (30-80% en el gradiente de 1 mL / min durante 30 minutos a 60 ° C con un C18, 5 m, 50 x 2 mm de columna) del crudo y purificado bloque de carga peptoide H-[ Nae-NPE] 9 - [NCE-NPE] 9-NH 2 se muestra.
Figura 5 MALDI-TOF espectrometría de masas rastro de H-[Nae-NPE] 9 -. [NCE-NPE] 9-NH 2. La masa observada, 4981,2, está de acuerdo cerca de la masa calculada, 4981,74.
Aplicaciones y significado
Este protocolo describe un método simple y eficiente de la síntesis de peptoide y el humor acuoso de auto-ensamblaje de la peptoides en nanoláminas. La mayoría de los laboratorios son fácilmente capaces de sintetizar peptoides por materiales de bajo costo, los conocimientos básicos y técnicas sencillas se utilizan 4. Asimismo, el auto-ensamblaje de ultra-delgada, muy ordenada nanoláminas requiere simplemente repite la inclinación un vial de una solución acuosa diluida peptoide 2. Peptoides son prometedores materiales para la investigación biomédica y la nanociencia, ya que son resistentes y flexibles de manera sintética pero la secuencia específica y altamente ajustable 5. Peptoides han demostrado actividad biológica (6,7 terapéuticos, de diagnóstico 8, el suministro intracelular 9-10) y plegado en nanoestructuras jerárquicas 3, 11-14. Debido a su síntesis modular, combinatoria peptoide librAries 15-19 puede ser fácilmente sintetizado y proyectado para una amplia serie de actividades o propiedades. En particular, el nanoláminas servir como una plataforma potencial para los andamios de la pantalla de dos dimensiones, miméticos de membranas, sensores biológicos, miméticos de la proteína y la fabricación del dispositivo. Con las posibles secuencias prácticamente inagotable diferentes, el campo de la investigación peptoide se está expandiendo rápidamente.
Variables en la síntesis en fase sólida submonomer de polypeptoids
Debido a la posibilidad de escoger entre un alfabeto muy amplio y diverso de los monómeros de 20, el método submonomer necesita modificaciones ocasionales para los casos en que el aumento de la eficiencia de acoplamiento de cada paso se mejora el rendimiento general del producto. Incorporación de las cadenas sin protección heterocíclicos lado requiere el uso de ácido cloroacético en lugar de ácido bromoacético 21. Plazo de desplazamiento y mayorlas concentraciones de aminas se emplean normalmente después de unos 20 acoplamientos para largas secuencias peptoide o aminas menos nucleofílico. El calentamiento del recipiente de reacción a 35 ° C, mediante el uso de un recipiente de reacción con camisa de agua, ayuda a impulsar la reacción. Para altamente volátil aminas tales como isopropilamina, se debe tener cuidado para evitar la evaporación.
Aminas en la forma de una sal de clorhidrato, tales como t-butil-beta-alanina HCl, necesidad de ser libre basada antes de ser introducido en la reacción de desplazamiento. Esto se puede lograr mediante la disolución o la suspensión de la amina en DCM (~ 5 g amine/25 mL DCM), y neutralizar con una solución equimolar de hidróxido de sodio acuoso en un embudo de separación. La capa de DCM y se recoge la capa acuosa se lava con DCM adicional. Las capas de DCM combinados se secan sobre sulfato de sodio y se filtró en un matraz de fondo redondo previamente pesado. Eliminar el disolvente por evaporación rotatoria para dar un aceite, y registrar el peso del producto.
During el paso de división, cóctel TFA división y el tiempo de corte depende de la cantidad y variedad de grupos protectores utilizados. Directrices para los cócteles de corte son similares a las tradicionales divisiones péptido desprotección 1. En general, 10 minutos incubaciones se requieren para las secuencias sin la protección de los grupos o secuencias con algunos muy lábil en medio ácido grupos protectores (por ejemplo, BOC, tritilo). Dos incubaciones hora se secuencias con grupos protectores más difícil (por ejemplo, t-butilo, Mtr, PBF) o secuencias con muchos grupos de protección para garantizar la total desprotección de cada cadena. Crudo productos peptoide generalmente se disuelve en acetonitrilo: agua 1:1 (v / v), pero una mayor proporción de acetonitrilo son comunes con cadenas laterales con una alta hidrofobicidad general.
No tenemos nada que revelar.
Los autores desean agradecer a Byoung-Chul Lee, Choi Ho Samuel Felipe y de una valiosa ayuda. Este trabajo se llevó a cabo en el Molecular Foundry en el Lawrence Berkeley National Laboratory, que es apoyado por la Oficina de Ciencia de la Oficina de Ciencias Básicas de Energía, del Departamento de Energía de EE.UU. bajo el contrato No. DE-AC02-05CH11231 y la Reducción de Amenazas de Defensa Agencia con el n º de contrato: IACRO-B0845281.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nombre del reactivo | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
Dimetilformamida | EMD | EM-DX1726P-1 | 99 +% |
N-methylpyrrolidinone | BDH | BDH1141-4LP | 99% |
Ácido bromoacético | Acros orgánicos | 200000-106 | 99% |
4-metilpiperidina | Sigma Aldrich | M73206 | 96% |
N, N'-diisopropilcarbodiimida | Chem-Impex | 001100 | 99,5% |
Diclorometano | EMD | EMD-DX0835 | Grado ACS |
Acetonitrilo | EMD | EM-AX0145P-1 | 99,8% |
Ácido trifluoroacético | Sigma Aldrich | T6508 | 99% |
Triisopropilsilano | Sigma Aldrich | 233781 -10G | Para la división TFA |
El 1,2-dicloroetano | JT Baker | JTH076-33 | Para siliconado de recipientes de reacción de vidrio |
Fenetilamina | Sigma Aldrich | 407267-100ML | > Hidrofóbicas 99,5% de la cadena lateral amina |
Boc-etilendiamina | Tecnologías de la CNH | C-1112 | Catiónicos de cadena lateral amina |
t-butil beta-alanina HCl | Chem-Impex Internacional | 04407 | Aniónicos de cadena lateral amina |
α-ciano-4-hidroxicinámico | Sigma Aldrich | C8982-10X10MG | Por MALDI matriz |
Nilo Rojo | Sigma Aldrich | 19123-10MG | Para la fluorescencia de imagen |
Diclorodimetilsilano | Sigma Aldrich | 80430-F-500G | Para siliconado de recipientes de reacción de vidrio |
Desechables carrito PP porosocresta | Separaciones Aplicada | 2416 | 6 ml de polipropileno con cartucho de 20 mm PE frita |
Desechables de 3 vías luer adaptador | Cole Parmer | 31200-80 | Llave de paso para recipiente de reacción desechables manual de síntesis |
Luer Lock anillo | Cole Parmer | 45503-19 | ¼ "adecuado para vasos desechables manual de reacción de síntesis |
Accesorios Luer | Cole Parmer | 45500-20 | ¼ "adecuado para vasos desechables manual de reacción de síntesis |
Pipetas desechables PP | VWR | 16001-194 | Para las transferencias de TFA |
Luer jeringa de plástico | Nacional de Investigaciones Científicas | S7515-5 | 6 jeringas ml |
Un dram vial de vidrio | VWR | 66011-041 | Con fenólica moldeada con tapón de rosca de polivinilo con cara de revestimiento de celulosa |
20 ml de gammagrafíadestilación vial | VWR | 66022-060 | Con tapa unida PP y el revestimiento de aluminio de celulosa |
Secure-sello adhesivo espaciador | Invitrogen | S-24736 | De fluorescencia de imagen |
Portaobjetos de vidrio | Microscopía electrónica de Ciencias | 63411 | De fluorescencia de imagen |
Cubreobjetos | VWR | 48366-067 | De fluorescencia de imagen |
4 "de obleas de silicio | Ted Pella | 16007 | Pre-dados en los chips de 5x7 mm |
Filtro de 0,45 | VWR, Acrodisc | 28143-924 | Por HPLC. Membrana de PTFE |
Agarosa | BD | 212272 | De fluorescencia de imagen |
SPE colector de vacío | Sigma Aldrich | 57044 | Ejemplo de colector de vacío SPE |
Vaso de vidrio poroso | As de vidrio | 6402-12 | Porosidad Cfrita |
Plasma Limpiador / Esterilizador | Harrick Plasma | PDC-32G | Ejemplo de limpiador de plasma para preparar los chips de silicio para la SEM |
Solicitar permiso para reutilizar el texto o las figuras de este JoVE artículos
Solicitar permisoThis article has been published
Video Coming Soon
ACERCA DE JoVE
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos los derechos reservados