多肽合成

耦合。 未保护的胺的一个与另一个的未保护的羧酸基团反应形成肽键。 每种原料中的第二反应性基团（胺/酸）带有保护基。]]

多肽合成（英語：Peptide synthesis）為有機化學中多肽的合成過程，多肽是由多個氨基酸借由肽鍵連接起來的有機化合物。在生物中，合成長型多肽（蛋白質）的過程，稱作蛋白質生物合成。

液相合成
液相多肽合成（Liquid-phase peptide synthesis）是一種多肽合成的經典方法。雖然現在大多數在實驗室中已經被固相多肽合成（見下文）所取代，但液相多肽合成仍有在工業上大規模生產多肽的可用性。

固相合成
固相多肽合成（Solid-phase peptide synthesis，SPPS），由罗伯特·布鲁斯·梅里菲尔德（Robert Bruce Merrifield）首創後， 便成為多肽合成的模範。現在已成為被公認在實驗室中製造多肽和蛋白質的有機合成方法。固相多肽合成能夠合成在細菌中難以表現的自然多肽、加入非自然胺基酸、修飾多肽/蛋白骨架、合成擁有D構型的蛋白。

其做法利用多孔性且不溶的珠狀固體在可構成肽鏈的部分加上帶有功能單元體（連接體），多肽將會以共價鍵連接珠狀固體直到加入無水的氟化氫或三氟乙酸溶劑將其切斷為止，因此多肽可以固定在固相並在過濾時可被保留下來，副產物和溶劑則會通過過濾器。

一般來說固相多肽合成的流程為：偶合-沖洗-去除保護-沖洗 為一循環；固相多肽上游離的N端和具有N端保護的單一胺基酸單元的C端偶合，然後這個單元會被脫去保護，再度露出新的N端使反應接續下去。這項技術的優點在於每個反應後沖洗循環的能力和去除帶有和樹脂共價結合之尚未合成完多肽的溶劑的能力。

其中最重要的考慮因素是每個步驟的收率，如果每個步驟收率都不高，那最後總體反應收率就會變得極差，也因此每個胺基酸必須要加超過量(二到十倍)，才能優化整體反應的產量。
兩種較常用的固相多肽合成為Fmoc和Boc。固相多肽合成與核醣體的蛋白質合成不同，方向是由C端往N端合成，而N端的胺基酸單體就是被Fmoc和Boc這兩種基團加入多肽之未保護胺基酸單體保護的。

自動化合成器也可用於兩種技術，但許多研究小組繼續手動進行固相多肽合成。

固相多肽合成的收率有限，而且產出的多肽或蛋白質也只侷限在70個胺基酸單體以內。合成的難度是屬於序列依賴性，要合成典型的類澱粉蛋白多肽和蛋白質也是有困難的。如果要合成更長的多肽就必須透過的方式連接兩段多肽在定量的收率下。

固相多肽合成推出以達40年以上，技術上也有顯著的優化：第一，使用樹脂上的優化。 第二，C端的氨基酸和聚苯乙烯樹脂之間的連接體附著和裂解上在大致上定量產率下的改善。 第三，側鏈保護上的演進，使不是目標物的側鏈反應受到限制。第四，對輸入的胺基酸的羧基基團的新活化基團有所改善，改善偶合和減少差向異構體。最後，過程本身已被優化。在梅里菲爾德初次報告時，脫去保護的α-氨基導致了肽和樹脂形成複合鹽類，使得在偶合之前需先用鹼中和。另外在多肽的胺基酸單體與下一個胺基酸單體結合的時候，多肽可能聚集並形成二級結構，對偶合產生不利的影響。Kent等人的研究顯示，中和α-氨基與下一個氨基酸的偶合能夠改善的偶合。

using Fmoc-α-amine-protected amino acid]]

BOP固相合成
1975年，Castro等人首次使用。

固相載體
固相載體（Solid supports）這個名稱，由字面上來看意味著反應皆進行在載體表面，但其實並非如此而已，固相載體也能夠在粒子內反應，因此固相載體這個名稱更能將聚合物的不溶性表現得淋漓盡致。
固相載體的物理性質、應用方式、載體結構的物質變化以及交聯的數量，都是經常拿來結合使用的。
許多研究此領域的科學家相信，載體能夠利用最少的交聯次數來賦予本身的穩定性，同時賦予固相多肽合成反應進行良好的溶劑化系統。

然而，一個高效率的固相載體包含以下四點：

#物理性質必須穩定以及能讓液體快速過濾，如：過量的試劑。
#必須在固相多肽合成(SPPS)反應的過程中對於試劑和溶劑是惰性的。
#必須能在溶劑中擴張膨脹，如此一般才能夠讓試劑順暢的滲透過去。
#必須能夠讓第一胺基酸順利附著。

以下為主要的固相載體形式： ，添加HOBt已經從許多化學供應商目錄中刪除。因為隨著空運或海運的嚴格限制，HOBt可能有爆炸性的。替代的HOBt和HOAT也已經引入了。其中最有希望的是廉價的乙基-2-氰基-2-（羥基亞氨基）乙酸乙酯（商品名純Oxyma），這些不是炸藥，並且在HOBt和HOAT之間都具有一個適當的反應性。較新的發展省略碳化二亞胺完全。活性酯被引入作為非親核陰離子（四氟硼酸鹽或六氟磷酸鹽）的脲或鏻鹽：HBTU，HATU，HCTU，TBTU，加入PyBOP。二脲類型Oxyma純的偶聯添加劑，也可作為COMU或TOTU試劑。

區域選擇性二硫鍵的形成
形成多個苯基二硫化物保持的天然肽合成通過固相方法的主要突破之一。無規鏈組合通常導致幾種產品具有非天然的雙硫鍵。逐步形成雙硫鍵通常是優先選的方法，並用硫醇的保護基團（PG）上進行。不同的硫醇的PGs提供正交保護的多個維度。這些正交保護的半胱氨酸的肽的固相合成過程中引入。連續去除這些PG的以允許游離硫醇基團選擇性曝光，導致二硫化物以逐步的方式形成。除去這些PG的順序必須被考慮，以便只有一個基團是在第一時間除去。使用這種方法，木曾等人。通過這種方法在1993年成為第一個報告胰島素的全合成。
巰基的PG必須具備多個特點。首先，在PG必須是可逆的與不影響未保護支鏈的條件。第二，該保護基必須能夠承受固相多肽合成的情況。第三，除去硫醇保護基的結構必須是留下完好其他硫醇的PG。如果垂直保護是需要的即除去PGA，不應影響PGB的一些硫醇PGs。常用的包括乙酰氨基甲基（ACM），3-硝基-2-吡啶亞氧硫基（NPYS），2-吡啶-sulfenyl，和三苯基甲基（TRT）基團。重要的是，NPYS團可以取代ACM PG以產生活化的硫醇。
在逐步形成二硫化物合成胰島素等，合成A鏈與以下防護：CysA6 ; CysA7（ACM）; CysA11。因此，CysA20是不受保護的。 CysB7（ACM）CysB19（Pyr）：B鏈的合成，具有以下保護進行。第一二硫鍵，CysA20-CysB19，經50分鐘混合兩種鏈在8M尿素，pH為8（RT）下形成。第二二硫鍵，CysA7-CysB7，形成通過用碘乙酸水溶液以除去ACM基。第三二硫化物，分子內CysA6-CysA11，被除去，但基團由甲基三氯矽烷與在TFA二苯砜形成。重要的是，形成在8M尿素第一二硫化物，pH值8不影響其他的PG，即ACM和不過基。同樣地，在形成第二二硫鍵與碘在含水乙酸中並不會影響。
重要的是，要二硫鍵形成的條件是在其中二硫化物形成的順序。從邏輯的觀點來看，其中的硫醇基被暴露以形成二硫化物的順序應該是無關緊要的，是因為其他的半胱氨酸的保護。實際上，在該二硫化物形成的順序可以對產量一個顯著的效果。這可能是因為CysA20-CysB19二硫化物的形成可以放置CysB7的硫醇基團與兩個CysA6和CysA7靠近，導致多種二硫化物產物。這是固相肽合成是盡可能多的現有技術，因為它是科學現實的一種表現。

長肽的合成
逐步延伸，其中氨基酸一步一步的被依次連接，是理想的2和100個氨基酸殘基之間含有小肽。另一種方法是片段縮合，其中的肽片段偶聯。雖然前者可拉長肽鏈無外消旋化，但如果只有它被用於在製造長或高極性的肽，產率會下降。在合成複雜的長肽時，片段縮合比逐步延伸更好，但它的使用必須受到限制，以防止外消旋化。片段縮合也是不可取的，因為耦合片段必須要過量，這可能是與片段的長度限制有相關。
化學連接是生產較長的肽鏈一個新的發展：未受保護的肽鏈在水溶液中的反應呈現化學選擇性。第一動力學控制產品重新排列，形成酰胺鍵。天然化學連接最常見的形式就是使用該帶末端半胱氨酸殘基反應肽的硫酯。
為了優化合成長肽，新西蘭製藥（位於丹麥的醫藥谷）發明了一種方法，將一個困難的肽序列轉移到一個較容易的肽序列。這個新技術，被稱為SIP技術，使用了“結構誘導探針”（SIP），以促進長肽的合成，SIP-技術是一種小前序列的肽序列（例如，賴氨酸（Lys）;谷氨酸;（Glu）被結合在後續的樹脂結合的肽的C-末端以誘導analpha螺旋狀結構中的肽。SIP技術限制了母體肽使用分子內氫鍵的有序的構象。這使得肽結構穩定，並且利用氫鍵來降低聚集以及降解酶通過的可能性。在這種方式中，SIP技術旨在優化肽合成，增加生物半衰期，提高肽的穩定性和抑制酶降解，而不改變藥理活性或是作用的方向。

微波輔助多肽的合成
雖然微波輻射已經自20世紀40年代末一直到現在，但直到1986年微波能量在有機化學中有了新的幫助。在20世紀80年代和90年代末，微波能量是完成化學反應的重要關鍵，否則一個化學反應將需要用到幾個小時到幾天來完成。在20世紀，開始有許多的化學技術在不斷改進，微波合成器已被設計成提供低和高能量微波能量的重要機器，使得反應混合物的溫度可以被控制。在肽合成中使用的微波能量是單一頻率提供了最大的穿透深度樣品，這是相對於傳統的廚房微波爐又是一個非常不一樣的突破。
在肽合成中，微波輻射被用來完成具有高度吸收率和低度消旋的長肽序列。氨基酸對生長的多肽鏈中的連接過程中微波照射不僅通過溫度的增加催化，也因交替的電磁輻射把該多肽的極性骨幹不斷對齊。由於這種現象，微波能量可以防止聚集並因此增加了最終肽產物的產率。但仍未有明確的證據表明，微波是比簡單的加熱更好，一些製作肽的實驗室把微波只是作為用於肽基樹脂的快速加熱的簡便方法。加熱到超過攝氏50-55度還可以防止聚集和加速的耦合。

儘管肽合成的微波輻射的主要優點，主要的缺點是它可以與半胱氨酸和組氨酸的耦合發生外消旋化。與這些氨基酸的典型偶合反應是在較低溫度下比其他18種天然氨基酸進行。有一些肽無法在一般的微波合成或加熱中存活。還有一個更嚴重的副作用是脫水（水的損失），這對某些肽可以是幾乎致命傷，像胰多肽（PP）。這種物質就算不使用微波，也會被通過簡單的加熱產生脫水的副作用。

環肽
環肽是一類由胺基酸（包括蛋白質胺基酸和非蛋白質胺基酸）組成的環狀化合物。目前發現的環肽含有2-37個殘基。環肽通常是由細菌和真菌等低等生物合成，具有廣泛的生理活性。在植物中也發現有環肽的存在，但尚未發現植物環肽的生物合成途徑。而在樹脂的環化，肽可以被環化在固體載體上。各種cylization試劑皆可使用，如HBTU /添加HOBt/ DIEA，加入PyBOP/ DIEA，PyClock/ DIEA。頭 - 尾肽可在固體載體上進行。 C末端在一些合適的點脫去保護，也可在樹脂的環化通過形成酰胺鍵與脫保護N-末端。一旦環已經發生，將肽從樹脂通過酸解和純化的裂解。有時環肽在未通過天冬氨酸，谷氨酸或賴氨酸支鏈就已經附著固相合成了。半胱氨酸在其支鏈上具有非常活潑巰基。當從一個半胱氨酸硫原子形成一個共價單鍵，來自第二半胱氨酸蛋白質的不同部分就會反應生成另一硫原子的二硫化物。這些橋有助於穩定蛋白質，尤其是那些從細胞分泌。一些研究者使用使用了S-acetomidomethyl（ACM）來阻止二硫鍵的形成，但保留了半胱氨酸和蛋白質的原始主結構。
注釋
參考
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外部链接