Method Article
Um simples e gerais método de síntese manual de peptoid envolvendo equipamentos básicos e reagentes disponíveis comercialmente é delineado, permitindo Peptóides para ser facilmente sintetizado na maioria dos laboratórios. A síntese, purificação e caracterização de um 36mer peptoid anfifílicos é descrito, bem como a sua auto-montagem em altamente ordenado nanofolhas.
Peptóides são uma nova classe de biomimético, não-natural, seqüência específica heteropolímeros que resistem à proteólise, apresentam atividade biológica potente, e dobre em nanoestruturas de ordem superior. Estruturalmente similares aos peptídeos, Peptóides são poli N-substituído glycines, onde as cadeias laterais estão ligados ao nitrogênio, em vez de o alfa-carbono. Sua facilidade de síntese e diversidade estrutural permite que testes de princípios básicos de design para dirigir de novo desenho e engenharia de novos materiais biologicamente ativos e nanoestruturados.
Aqui, um simples manual de protocolo de síntese peptoid é apresentado que permite a síntese de polypeptoids de cadeia longa (até 50mers) em excelentes rendimentos. Apenas equipamentos básicos, técnicas simples (por exemplo, transferência de líquidos, filtração), e reagentes disponíveis no mercado são necessários, fazendo Peptóides uma adição acessível a toolkits muitos pesquisadores. A espinha dorsal peptoid é cultivado um monômero em um tempo via o método submonomer que consiste em um ciclo de duas etapas além de monômero: acilação e deslocamento. Ácido, primeiro bromoacetic ativadas in situ com N, N'-diisopropylcarbodiimide acylates uma resina-bound amina secundária. Deslocamento, segundo nucleofílica do brometo de uma amina primária segue para introduzir a cadeia lateral. O ciclo de duas etapas é iterado até que o comprimento da cadeia desejado seja alcançado. A eficiência de acoplamento deste ciclo de dois passos rotineiramente excede 98% e permite a síntese de Peptóides enquanto 50 resíduos. Altamente sintonizável, precisa e quimicamente seqüências diversas são realizáveis com o método submonomer como centenas de aminas primárias prontamente disponíveis pode ser diretamente incorporadas.
Peptóides estão emergindo como um material versátil biomimético para pesquisa nanobioscience por causa de sua sintética flexibilidade, robustez, e ordenando a nível atômico. O dobramento de uma única cadeia, anfifílicos, informação rica em polypeptoid em um nanosheet altamente ordenado foi recentemente demonstrada. Este é um peptoid 36-mer, que consiste em apenas três diferentes monômeros comercialmente disponíveis: hidrofóbica, catiônicas e aniônicas. O cadeias laterais hidrofóbicas feniletil estão enterrados no núcleo nanosheet enquanto a amina iônicos e cadeias laterais carboxila alinhar nos rostos hidrofílico. O nanofolhas peptoid servir como uma plataforma potencial para miméticos de membrana, miméticos de proteínas, fabricação de dispositivos e sensores. Métodos para a síntese peptoid, formação da folha, e as imagens de microscopia são descritos e fornecer um método simples para que projetos futuros nanosheet peptoid.
1. Solid-Phase Synthesis Submonomer de Polypeptoids
Síntese em fase sólida (SPS) é uma técnica comum usada para sintetizar sequências específicas de biopolímeros passo a passo, diretamente sobre um suporte sólido inerte, tal como uma resina polimérica talão. Altos rendimentos de acoplamento e facilidade de remoção dos reagentes em excesso são grandes vantagens da SPS. Depois de uma reação de acoplamento à resina, reagentes em excesso são simplesmente drenado e as contas são lavadas para estar pronto para a fase seguinte da reacção. Após a reação de síntese final, os oligômeros de longa-metragem são clivadas a partir da resina eo material solução de fase pode ser mais bem estudadas. Aqui, adaptar o procedimento SPS para gerar polímeros seqüência específica peptoid.
2. Clivagem e Side-Chain desproteção
3. Caracterização e Purificação da Polypeptoid
4. Formação Nanosheet Peptoid
Esta seção describes o protocolo para formar folhas de uma única cadeia, seqüência específica, anfifílicos 36-mer peptoid (Fig. 1). Após a vertente peptoid é sintetizado, purificado e liofilizado, como descrito acima, o pó resultante branco é dissolvido em DMSO para fazer uma solução estoque 2 mM.
5. Microscopia de fluorescência de nanofolhas
6. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) de nanofolhas
7. Notas de Segurança:
8. Resultados representativos:
Esta seção descreve a síntese, caracterização e purificação de uma seqüência específica de cadeia peptoid 36-mer que se dobra em um nanosheet altamente ordenada 3 (Fig. 1).
O bloco de carga peptoid H-[Nae-NPE] 9 - [NPE-nce] 9-NH 2 foi sintetizado em 100 mg de resina amida Rink. A 2 M de solução de amina foi usado para todas as reações de deslocamento, que foram realizadas por 60 minutos para o resíduo de 18/01 e 120 minutos para o resíduo 19-36. t-butil beta-alanina HCl foi convertido para a base livre (ver discussão), enquanto feniletilamina e boc-etilenodiamina foram ambos usados directly. A resina foi clivado com TFA 95%, triispropylsilane 2,5%, 2,5% de água por 2 horas. TFA foi evaporado eo óleo viscoso resultante (~ 180 mg) foi re-dissolvido em 6 mL de acetonitrila: água 1:1 (v / v). Pureza do produto (Fig. 4) e presença da massa do produto foi confirmada por análise de RP-HPLC (30-80% em acetonitrila gradiente de água, ambos contendo 0,1% (v / v) TFA, em 1 mL / min, durante 30 minutos a 60 ° C com um C18, 5 mm, 50 X coluna mm 2) e MALDI (Fig. 5).
Purificação com fase reversa HPLC em uma coluna C18 Vydac (10 mM, 22 mm x 250 mm) procedeu, utilizando um gradiente de 30-60% de acetonitrila em água com TFA 0,1% mais de 60 minutos a 10 mL / min. A coluna foi carregada com 60 mg de produto bruto para cada corrida cromatográfica. As frações purificadas foram combinadas com base na pureza da RP-HPLC analítico (Fig. 4) e liofilizados para produzir ~ 80 mg de um pó branco macio.
Purificada peptoid bloco carga molecularde peso foi confirmado por MALDI. 1 mL de 100 M purificada peptoid em acetonitrila: água 1:1 (v / v) foi misturada com 1 mL da matriz (5 mg / mL de ácido α-ciano-4-hidroxicinâmicos em acetonitrila: água 1:1 v / v e 0,1% TFA) e 1 mL foi visto na placa de MALDI. Após a amostra seca ao ar, foi colocado no 4800 MALDI Applied Biosystem / MDS SCIEX Analyzer TOF / TOF. Os modos de aquisição e processamento foram de baixa massa linear. O peso calculado foi inserido na massa direcionados para ajustar automaticamente para o tempo de atraso. A intensidade do laser foi definido para 3400. A massa observada, 4981,2, corresponde intimamente à massa calculada de 4981,74.
O pó liofilizado purificado foi dissolvido em DMSO para fazer uma solução estoque 2 mM, o que pode ser armazenado a 4 ° C. Folhas foram preparados pelo protocolo referido e fotografada com microscopia óptica de fluorescência e SEM (Fig. 2 e 3). Uma variedade de formas com tamanhos recurso que variam até 300 mm, são observados, e notably, bordas retas são proeminentes.
Figura 1 Seqüência do bloco de carga peptoid H-[Nae-NPE] 9 -. [NPE-nce] 9-NH 2. A única cadeia, taxa de bloco, polypeptoid anfifílicos 36-mer auto-montagem em altamente ordenado, bidimensional nanofolhas 3. O peso molecular é calculada 4.981,74.
Figura 2. Imagens de microscopia de fluorescência nanofolhas peptoid. Folhas foram formadas a partir de uma solução de 20 mM peptoid em 10 mM Tris, 100 mM NaCl, pH 8,0. As folhas foram fotografadas em agarose com 1 Hm Nilo Vermelho. Barras de escala são 100 mm.
Figura 3. Digitalizando imagens de microscopia eletrônicade nanofolhas peptoid. Folhas foram formadas a partir de uma solução de 20 mM peptoid em 10 mM Tris, 100 mM NaCl, pH 8,0. Barras de escala são 5 mm.
Figura 4 inverter fase analítica HPLC traço de H-[Nae-NPE] 9 -. [Nce-NPE] 9-NH 2. O petróleo bruto e purificado analítica HPLC trace (30-80% no gradiente 1 mL / min, durante 30 minutos a 60 ° C com um C18, 5 mm, 50 x coluna mm 2) do bloco bruto e purificado carga peptoid H-[ Nae-NPE] 9 - [NPE-nce] 9-NH 2 é mostrado.
Figura 5 MALDI-TOF espectroscopia de massa traço de H-[Nae-NPE] 9 -. [Nce-NPE] 9-NH 2. A massa observada, 4981,2, está em estreita concordância com a massa calculada, 4981,74.
Aplicações e Significado
Este protocolo descreve um método simples e eficiente de síntese peptoid eo aquosa auto-montagem do Peptóides em nanofolhas. A maioria dos laboratórios são facilmente capazes de sintetizar Peptóides porque os materiais de baixo custo, conhecimentos básicos e técnicas simples são utilizados 4. Da mesma forma, a auto-montagem de ultra-fina e altamente ordenada nanofolhas se limita a exigir repetidas frasco uma inclinação de uma solução aquosa diluída peptoid 2. Peptóides são promissores materiais para a pesquisa biomédica e nanociência, porque eles são robustos e flexíveis ainda sinteticamente seqüência específica e altamente sintonizável 5. Peptóides demonstraram atividade biológica (6,7 terapêutica, diagnóstico 8, a entrega intracelular 9-10) e dobra em nanoestruturas hierárquico 3, 11-14. Por causa de sua síntese modular, combinatória peptoid librAries 15-19 pode ser facilmente sintetizados e testados para uma ampla série de atividades ou propriedades. Em particular, o nanofolhas servir como uma plataforma potencial para andaimes bidimensional de exibição, miméticos de membrana, sensores biológicos, miméticos de proteínas e fabricação de dispositivos. Com as seqüências praticamente inesgotável diferentes possíveis, o campo da pesquisa peptoid está expandindo rapidamente.
Variáveis em fase sólida síntese submonomer de polypeptoids
Por causa da possibilidade de escolher entre um alfabeto incrivelmente grande e diversificada de monômeros de 20, o método submonomer precisa de modificações pontuais para casos em que o aumento da eficiência de acoplamento de cada etapa irá melhorar o rendimento global do produto. Incorporação de cadeias laterais desprotegidas heterocíclicos requer o uso de ácido cloroacético em vez de ácido bromoacetic 21. Maior tempo de deslocamento e maiorconcentrações de amina são geralmente empregadas após cerca de 20 engates para longas sequências peptoid ou aminas menos nucleofílico. Aquecimento do recipiente de reação a 35 ° C, usando um recipiente de reação de jaqueta de água, ajuda a conduzir a reação. Para altamente voláteis como aminas isopropilamina, cuidados devem ser tomados para evitar a evaporação.
Aminas na forma de um sal de HCl, como HCl beta-alanina t-butil, precisa ser livre baseado antes de ser introduzido na reação de deslocamento. Isto pode ser conseguido através da dissolução ou suspensão do amina em DCM (~ 5g amine/25 mL DCM), e neutralizar com uma solução equimolar de hidróxido de sódio aquoso em um funil de separação. A camada DCM é coletado ea camada aquosa é lavado com DCM adicionais. As camadas DCM combinados são secas sobre sulfato de sódio e filtrada para um balão de fundo pré-pesados rodada. Remover solvente por evaporação rotativa para produzir um óleo, e registrar o peso do produto.
During passo a clivagem, TFA cocktail de clivagem e tempo de clivagem é dependente do número e variedade de grupos protetores utilizados. Diretrizes para cocktails de clivagem são semelhantes aos tradicionais clivagens peptídeo desproteção 1. Geralmente, 10 minutos incubações são necessários para seqüências sem proteger grupos ou seqüências com poucos altamente ácido lábil grupos de proteção (por exemplo, BOC, por tritila). Duas horas incubações são recomendados para seqüências com mais difícil proteger os grupos (por exemplo, t-butil éster, Mtr, PBF) ou sequências com muitos grupos de proteção para garantir a desproteção total de cada cadeia. Crude produtos peptoid geralmente se dissolvem em acetonitrila: água 1:1 (v / v), mas maiores proporções de acetonitrila são comuns com cadeias laterais com uma alta hidrofobicidade global.
Não temos nada a revelar.
Os autores gostariam de agradecer Byoung-Chul Lee, Philip Choi e Samuel Ho para a assistência valiosa. Este trabalho foi realizado na Fundição Molecular do Lawrence Berkeley National Laboratory, que é apoiado pelo Escritório de Escritório Science, de ciências básicas da energia, do Departamento de Energia dos EUA no âmbito do contrato n º DE-AC02-05CH11231 e Redução de Ameaça de Defesa Agência nos termos do Contrato n º: IACRO-B0845281.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nome do reagente | Companhia | Número de catálogo | Comentários |
Dimetilformamida | EMD | EM-DX1726P-1 | 99% + |
N-methylpyrrolidinone | BDH | BDH1141-4LP | 99% |
Ácido Bromoacetic | Acros Organics | 200000-106 | 99% |
4 Methylpiperidine | Sigma Aldrich | M73206 | 96% |
N, N'-diisopropylcarbodiimide | Chem-Impex | 001100 | 99,5% |
Diclorometano | EMD | EMD-DX0835 | ACS grau |
Acetonitrila | EMD | EM-AX0145P-1 | 99,8% |
Ácido trifluoroacético | Sigma Aldrich | T6508 | 99% |
Triisopropylsilane | Sigma Aldrich | 233781 -10G | Para a clivagem TFA |
1,2-Dicloroetano | JT Baker | JTH076-33 | Para siliconização de vasos de reacção de vidro |
Fenetilamina | Sigma Aldrich | 407267-100ML | > 99,5% Hydrophobic amina da cadeia lateral |
Boc-etilenodiamina | CNH Technologies | C-1112 | Amina da cadeia lateral catiônicos |
t-butil beta-alanina HCl | Chem-Impex Internacional | 04407 | Amina da cadeia lateral aniônicos |
α-ciano-4-ácido hidroxicinâmicos | Sigma Aldrich | C8982-10X10MG | Para MALDI matriz |
Nile Red | Sigma Aldrich | 19123-10mg | Para fluorescência de imagem |
Dichlorodimethylsilane | Sigma Aldrich | 80.430-F-500G | Para siliconização de vasos de reacção de vidro |
Carrinho PP descartáveis frittedcume | Separações Aplicada | 2416 | 6 mL de polipropileno cartucho com 20 milímetros PE fritas |
Descartáveis de 3 vias luer adaptador | Cole Parmer | 31200-80 | Torneira para descartáveis vaso de reação manual de síntese |
Luer Lock Ring | Cole Parmer | 45503-19 | ¼ fitting "para o recipiente de reação manual de síntese descartáveis |
Acessórios Luer | Cole Parmer | 45500-20 | ¼ fitting "para o recipiente de reação manual de síntese descartáveis |
Descartáveis PP pipetas | VWR | 16001-194 | Para transferências de TFA |
Luer seringa de plástico bloqueio | Científica Nacional | S7515-5 | 6 seringas mL |
Um frasco de vidro dram | VWR | 66011-041 | Com resinas fenólicas moldado com tampa de rosca de polivinil-faced forro de celulose |
20 mL Scinfrasco tillation | VWR | 66022-060 | Com tampa de PP em anexo e liner folha de celulose |
Seguro-Seal espaçador adesiva | Invitrogen | S-24736 | Para fluorescência de imagem |
Lâminas de vidro | Microscopia Eletrônica de Ciências | 63411 | Para fluorescência de imagem |
Tampa de deslizamento | VWR | 48366-067 | Para fluorescência de imagem |
4 pastilha de silício " | Ted Pella | 16007 | Pré-dice em fichas milímetros 5x7 |
0,45 filtro | VWR, Acrodisc | 28143-924 | Para HPLC. Membrana de PTFE |
Agarose | BD | 212272 | Para fluorescência de imagem |
SPE Manifold a vácuo | Sigma Aldrich | 57044 | Exemplo de múltiplas vácuo SPE |
Vaso poroso de vidro | Ace vidro | 6402-12 | Porosidade Cfrita |
Plasma Cleaner / Esterilizador | Harrick Plasma | PDC-32G | Exemplo de produto de limpeza de plasma para preparar chips de silício para SEM |
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