通过序列设计解决关于多肽的一些问题

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所属分类:蛋白质测序

多肽是由复杂分子组成的化合物,每一条序列都有其独特的化学和物理属性。除了有些多肽难于合成,大多数多肽相对容易合成,但是纯化可能较困难。很多肽水溶性较差,因此在纯化时,这些疏水性多肽常常需要溶解在有机溶剂或者特定的缓冲溶液中。

这些有机溶剂或者缓冲溶液有时并不适合生物学等方面的实验,所以客户就不能用这些多肽进行研究工作。

因此,当接到多肽的订单时,我们会对这些多肽序列进行分析,以确定是否难以合成或水溶性的问题。针对一些有着特殊序列的多肽,我们多肽专业人员经过仔细地分析研究后,会给客户提出合理的建议。

例如,当遇到难于合成或水溶性差的多肽序列时,我们不会拒绝合成,而是提供客户一些可以改善的方法,最终使客户得到满意的产品。这些方法包括改变序列或其两端等方面。

我们根据常见氨基酸的特性来进行分类,详见后面的附表。接下来我们列出多肽问题的类型及减少或克服问题的方法,以供客户参考。只有通过和赛百盛工作人员沟通协商后,这些特殊多肽的设计方案才能最终确定。

难于合成的多肽序列的设计方案

1. 缩短序列

一般来讲,肽链长度越长,所得到粗肽的纯度越低。大多数含有少于15个残基的多肽比较容易合成。然而,当肽链的长度超过20个残基时,就应该考虑如何才能得到目的肽。多数情况下,缩短肽的长度使其少于20个残基,能够达到理想的结果。

2. 减少疏水性残基的数目

如果序列中含有较多的疏水性残基,尤其分布在距离羧基端7-12位置时,多肽就会难于合成。这可能是在合成过程中,由于多肽侧链形成β折叠造成不完全耦合所导致。这种情况下,用一些极性残基来替换一个或多个疏水性残基,也可以插入一个Gly或Pro,就可以打开β折叠。

3. 使“困难”残基最少化

如果序列中含有较多的Cys、Met、Arg、Trp残基时,多肽就会难于合成。因为Cys、Met、Trp或者其侧链很容易氧化。如果可能的话应尽量避免这些残基在序列中出现,或者做一些保守的替换。例如,用Ser代替Cys,Norleucine代替Met,Tyr、Phe或其他一些疏水性残基如Leu代替Trp。Lys可以用来代替Arg。

改善溶解性的多肽序列的设计方案

1. 改变序列的N或C端

对酸性肽(即在中性条件下多肽带负电荷),我们推荐多肽为这样的形式:

Acetyl-peptide-COOH(多肽N端乙酰化,C端自由羧基),以使多肽尽可能多的带负电荷。

对碱性肽(即在中性条件下多肽带正电荷),我们推荐多肽为这样的形式:

H-peptide-amide(多肽N端自由氨基,C端酰胺化),以使多肽尽可能多的带正电荷。

2. 缩短或延长多肽序列

如果序列中疏水性残基(W、F、V、I、L、M、Y、A)的含量大于50%时,多肽的溶解性显著降低。此时,延长序列增加的极性残基往往有助于提高多肽的极性。相反,缩短序列以减少疏水性残基也能增强多肽的极性。总之,多肽的极性越强,其水溶性越好。

3. 增加亲水性残基

为了改善多肽的溶解性,有些多肽序列是可以任意添加一些极性残基的。我们建议,在酸性肽的N或C端加入Glu-Glu,在碱性肽的N或C端加入Lys-Lys。如果序列中不允许加入带电基团,我们建议在序列的N或C加入Ser- Gly-Ser。显然,如果多肽序列两端都不允许改变的话,这种方法就不适合了。

4. 通过代替一个或多个残基来改变序列

改变序列中的某些残基就可以改善多肽的溶解性。一个相对保守又简单的替换能够显著地增强多肽的溶解性,如用Gly代替Ala。

5. 对一组重叠肽选择不同结构来改变序列

如果想要合成一些连续的或重叠的多肽,应当对每一条多肽的起始点进行适当的改变,使每条多肽序列中的疏水性和亲水性残基达到平衡。或者把“困难”残基分配到不同的序列中(如,将两个Cys划分到两个序列中,而不要使其出现在在同一个序列里)。

氨基酸不同特性的分类

根据氨基酸不同特性,可以将20种氨基酸及其它一些常见氨基酸分为不同的种类。下面列出一些常见的分类方法:

1. 20种氨基酸及其缩写

AAla- AlanineMMet - Methionine
CCys - CysteineNAsn - Asparagine
DAsp - Aspartic acidPPro - Proline
EGlu - Glutamic acidQGln - Glutamine
FPhe - PhenylalanineRArg - Arginine
GGly - GlycineSSer - Serine
HHis - HistidineTThr - Threonine
IIle - IsoleucineVVal - Valine
KLys- LysineWTrp - Tryptophan
LLeu - LeucineYTyr - Tyrosine


2. 蛋白中其它常见的氨基酸:

Hydroxyproline (hydroxylated proline - two isomers);
Cystine (oxidised cysteines) ;
Pyroglutamic acid (cyclised N-terminal glutamic acid)

3. 多肽序列中的其它氨基酸:

Alpha-amino butyric acid (cysteine replacement)
Beta-amino alanine (straight chain isomer of alanine)
Norleucine (linear sidechain isomer of leucine)

4. 按亲水性/疏水性来划分:

亲水性:D, E, H, K, N, Q, R, S, T, Hydroxyproline, pyroglutamic acid
疏水性:A, F, I, L, M, P, V, W, Y, alpha-amino butyric acid, beta-amino alanine, norleucine
中 性:C, G

5. 其它的一些氨基酸分类:

温和条件下易被氧化:Cys,Met

易发生脱酰胺作用:Asn,Gln,C端氨基

易降解:Met,Trp

带正电荷:Lys,Arg,His,N端氨基

带负电荷:Asp,Glu,Tyr,C端羧基

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