多肽是由多个氨基酸通过酰胺键(即肽键)连接而成的生物活性分子,作为药物研发、结构生物学和生物材料领域的重要工具,多肽的合成技术一直是化学与生命科学交叉研究的热点。
早年的液相合成(LPPS)每接一个氨基酸就要提纯一次,费时费力。Merrifield 发明的SPPS核心逻辑很简单:把肽链 C 端“钉”在树脂上,从 C→N 端循环操作,最后一把切下来纯化。
一、固相合成的基本原理
与传统液相合成不同,固相合成的核心思想是将第一个氨基酸的C端共价连接在一种不溶性高分子树脂(固相载体)上,随后在该固体支持物上依次完成后续的偶联反应。每一步反应后,通过简单的过滤和洗涤即可去除过量试剂和副产物,避免了传统液相合成中复杂的分离纯化步骤。整个合成过程遵循C→N方向(从C端向N端延伸),即不断将新的Nα-保护氨基酸连接到生长中的肽链N端。
二、保护基策略:Fmoc/t-Bu
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保护策略 |
脱保护条件 |
特点 |
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Fmoc策略 |
碱性(20%哌啶/DMF) |
条件温和,副反应少,是目前主流方法 |
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Boc策略 |
强酸(TFA/HF) |
脱保护剧烈,需特殊设备,现多用于特殊场景 |
(1)Nα-保护基:
现在 99% 的情况用Fmoc/t-Bu 策略,因为它温和、安全。
Fmoc 是碱脱,侧链是酸脱,这就叫正交保护,互不干扰
(2)侧链保护基
不同氨基酸的侧链基团(如Lys的ε-NH₂、Asp/Glu的β/γ-COOH、Ser/Thr的-OH等)需用酸不稳定基团保护(如tBu、Pbf、Trt等),确保在最终裂解时一并脱除而不影响肽骨架。
三、树脂怎么选?看 C 端
树脂是你的“工作台”,选错了后面全白搭:
担载量:常规 0.5~0.8 mmol/g;长肽建议降到 0.2~0.3 mmol/g,给肽链留空间。溶胀:树脂在瓶子里是“干瘪”的,一定要用 DMF/DCM 泡 20~30 min,让它“吸饱溶剂”,否则化学分子进不去。
四、标准合成流程(以Fmoc-SPPS为例)
树脂溶胀 → 起始氨基酸连接 →〔脱Fmoc → 洗涤 → 偶联 → 洗涤〕× n → 裂解/切割
一个完整的固相合成循环通常包括以下步骤:
第一步:树脂预处理与锚定
将第一个Fmoc保护的氨基酸通过酯键连接到树脂上,通常需在缩合剂(如DIC、HBTU)和碱(如DIEA)存在下进行。反应完成后,用封闭剂(如乙酸酐)封端未反应的树脂位点,防止后续产生缺失肽。
第二步:脱除Fmoc保护基
用20%哌啶/DMF溶液处理树脂,碱催化下Fmoc基团断裂脱落,暴露出游离α-氨基,供下一步偶联使用。
第三步:氨基酸偶联
将下一个Fmoc-氨基酸(预活化)加入反应体系,在室温下振荡反应30–60分钟,形成新的肽键。
第四步:洗涤
用DMF等溶剂反复冲洗树脂,彻底去除未反应的原料、活化剂和副产物。
上述“脱保护–偶联–洗涤”循环重复进行,直至目标长度的肽链构建完成。
第五步:裂解与侧链脱保护
合成结束后,用强酸(通常为95% TFA + 清除剂如TIPS、水、EDT)处理树脂,同时切断肽链与树脂的连接并脱去所有侧链保护基。
第六步:沉淀与纯化
裂解液滴入冷乙醚中,多肽沉淀析出,离心收集后经反相高效液相色谱(RP-HPLC)纯化,并通过质谱(MS)、氨基酸分析等手段鉴定结构与纯度。
SPPS 听起来复杂,其实逻辑非常线性:选对树脂 → 保护好氨基 → 接肽 → 洗干净 → 切下来。
随着多肽药物(如GLP-1受体激动剂、抗菌肽、疫苗抗原)的兴起,固相合成技术也在持续迭代,多肽固相合成从一项开创性的实验室技术,发展为支撑现代生物医药产业的关键平台,其价值已得到充分验证。尽管仍面临长肽合成效率低、修饰多样性受限等挑战,但随着新树脂、新试剂和新工艺的不断涌现,这一技术正朝着更长、更复杂、更绿色、更智能的方向迈进。





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