Peptidsynthese

Ein Peptid besteht aus zwei oder mehr Aminosäuren, die durch eine Amidbindung miteinander verbunden sind und so eine Kette von Aminosäuren bilden, die in der Regel 2 bis 70 Aminosäuren lang ist. Peptide unterscheiden sich von Proteinen dadurch, dass sie keine Faltung erfordern, um biologisch aktiv zu sein. Peptide kommen endogen als Peptidhormone, wie Angiotension, LHRH, Enkephalin, und als Toxine in Pflanzen und Tieren vor. Peptide sind als Leitstrukturen für die Wirkstoffforschung und als eigenständige Therapeutika von großem Interesse. Sie finden darüber hinaus Anwendung in Impfstoffen, Biomaterialien und histologischen Sonden und werden in großer Zahl als Antigene zur Herstellung von Antikörpern verwendet. 

Peptide werden entweder in Lösung oder an einer festen Phase chemisch synthetisiert. Das Verfahren beinhaltet die gezielte und selektive Bildung einer Amidbindung zwischen einer N-geschützten Aminosäure und einer Aminosäure mit einer freien Aminogruppe und einer geschützten Carbonsäure. Bei der Festphasensynthese wird die Carboxylschutzgruppe an einen Polymerträger gebunden. Nach der Bindungsbildung wird die Aminoschutzgruppe des Dipeptids entfernt, und die nächste N-geschützte Aminosäure gekoppelt.

Die Festphasen-Peptidsynthese (SPPS) ist aufgrund ihrer Effizienz, Einfachheit, Geschwindigkeit und leichten Parallelisierbarkeit die am häufigsten verwendete Methode der Peptidsynthese. Bei der SPPS werden nacheinander Amino- und seitenkettengeschützte Aminosäurereste einer Aminosäure oder einem Peptid hinzugefügt, die/das an einen unlöslichen Polymerträger angelagert ist (Abbildung 1).

Für den N-α-Schutz wird entweder eine säurelabile Boc-Gruppe (Boc SPPS) oder eine basenlabile Fmoc-Gruppe (Fmoc SPPS) verwendet. Nach Entfernung dieser Schutzgruppe wird die nächste geschützte Aminosäure entweder mit einem Kupplungsreagenz oder einem zuvor aktivierten geschützten Aminosäurederivat hinzugefügt. Die C-terminale Aminosäure ist über einen Linker am Harz verankert, dessen Art die Bedingungen bestimmt, die erforderlich sind, um das Peptid nach der Kettenverlängerung vom Träger zu lösen. Die Schutzgruppen der Seitenketten werden häufig so gewählt, dass sie gleichzeitig mit der Ablösung des Peptids vom Harz abgespalten werden (Abbildung 2 und 3).

Die meisten Peptide werden nach der Fmoc-Methode hergestellt, da die abschließende Spaltung und Entschützung durch Behandlung mit Trifluoressigsäure erfolgt, im Gegensatz zur Boc-Methode, die den Einsatz von hochtoxischem, korrosivem, flüssigem, wasserfreiem HF in Spezialgeräten erfordert.

Routinemäßig lassen sich Peptide mit 50 Aminosäuren herstellen, aber auch die Synthese von Proteinen mit mehr als 100 Aminosäuren wird häufig beschrieben. Längere Proteine können durch native chemische Ligation vollständig entschützter Peptide in Lösung hergestellt werden. Mit dieser Methode lassen sich natürliche Peptide synthetisieren, die in Bakterien schwer zu exprimieren sind, unnatürliche oder D-Aminosäuren einbauen sowie zyklische, verzweigte, markierte und posttranslational modifizierte Peptide erzeugen.

Die Flüssigphasenpeptidsynthese, bei der in der Regel ein Boc- oder Z-Aminoschutz verwendet wird, wurde durch die Festphasenpeptidsynthese ersetzt. Eine Ausnahme bilden bestehende großtechnische Verfahren für die gewerbliche Peptidsynthese.