Wie Peptide hergestellt werden (SPPS)

Warum ein fester Träger das Problem löst

Ein Peptid ist eine Kette von Aminosäuren in einer genauen Reihenfolge. Diese Kette von Hand in einer Lösung aufzubauen ist schwierig, denn nach jeder Kopplung muss man das Zwischenprodukt von den Resten des Reagenzes trennen. Das kostet bei jedem Schritt Zeit und Verlust. Der Durchbruch der SPPS war eine einfache Idee: Man befestigt das wachsende Peptid an einem unlöslichen Kügelchen, einem Harz. Dann kann man die überschüssigen Reagenzien einfach wegspülen, während das Peptid haften bleibt.

Robert Bruce Merrifield ersann diesen Ansatz, für den er 1984 den Nobelpreis für Chemie erhielt. Seitdem ist SPPS die Standardmethode zur Herstellung von Peptiden in Laboren. Sie machte den Prozess zuverlässig genug, um ihn mit Maschinen zu automatisieren.

Der wiederholte Zyklus Schritt für Schritt

SPPS ist eine Schleife, die man so oft wiederholt, wie es Aminosäuren gibt. Jede Aminosäure kommt in den Prozess mit einer vorübergehenden Schutzkappe an ihrem koppelbaren Ende, damit sie nicht zum falschen Zeitpunkt reagiert. Der Zyklus hat zwei Kernschritte, die sich abwechseln.

Zuerst die Entschützung, bei der die Schutzkappe von der obersten Aminosäure der Kette entfernt wird, sodass ein freies Ende entsteht. Dann die Kopplung, bei der die nächste Aminosäure, aktiviert mit einem Hilfsstoff, an dieses freie Ende angehängt wird. Danach spült man alles sauber und der Zyklus beginnt erneut für die nächste Aminosäure.

Schutz und Aktivierung

Das Geheimnis einer sauberen Synthese liegt im Schutz. Aminosäuren haben mehrere Stellen, die reagieren können, und man will nur an einer Stelle gleichzeitig koppeln. Deshalb trägt jede Aminosäure Schutzgruppen an den Stellen, die unangetastet bleiben sollen. Die am häufigsten verwendete Strategie heißt Fmoc, benannt nach der Schutzgruppe, die nach jedem Schritt entfernt wird.

Die Aktivierung ist die andere Hälfte. Eine Aminosäure koppelt von allein nicht schnell genug, deshalb wird ihre koppelbare Seite chemisch mit einem Aktivierungsreagenz angeregt. Das beschleunigt die Reaktion und sorgt dafür, dass die Kopplung in hohem Maße gelingt. Je höher die Erfolgsquote pro Schritt, desto reiner das Endprodukt.

Ablösen und Reinigen

Wenn die vollständige Sequenz aufgebaut ist, muss das Peptid vom Harz herunter und alle bleibenden Schutzgruppen müssen ab. Das geschieht in einem Abspaltungsschritt, oft mit einer starken Säure. Was übrig bleibt, ist das rohe Peptid, ein Gemisch aus dem gewünschten Produkt und kleinen Mengen von Nebenprodukten, die während der vielen Schritte entstanden sind.

Danach folgt die Reinigung, meist mit HPLC. Diese trennt das gewünschte Peptid von den Nebenprodukten. Nach der Reinigung wird das Peptid überprüft, unter anderem mit Massenspektrometrie, um das Molekülgewicht zu bestätigen, und mit HPLC, um die Reinheit zu messen. Diese Ergebnisse kommen auf das Analysezertifikat.

Grenzen und längere Ketten

SPPS funktioniert hervorragend für kurze bis mittellange Ketten. Bei jeder Kopplung geht ein ganz klein wenig verloren, und diese Verluste summieren sich. Für sehr lange Peptide oder Proteine wird die Ausbeute dadurch geringer und die Reinigung schwieriger. Für diese Fälle gibt es andere Wege, wie das Aneinanderkoppeln kürzerer Stücke oder die biologische Produktion mit Zellen.

Für die meisten Forschungspeptide auf dem Markt bleibt SPPS jedoch die Arbeitspferdmethode. Sie ist vorhersehbar, gut zu automatisieren und liefert Material, dessen Identität sich mit Standardtests bestätigen lässt.