Merrifield-Synthese

Die Merrifield-Synthese ist ein von Robert Bruce Merrifield entwickeltes Verfahren zur Synthese von Peptiden aus einzelnen Aminosäuren.^[1] Er erhielt dafür 1984 den Nobelpreis für Chemie. Das Verfahren kann automatisiert werden. Der Zeitaufwand für die Verlängerung des Peptids um eine Aminosäureneinheit liegt in der Größenordnung von einigen Minuten bis mehrere Stunden. Bei der Proteinbiosynthese liegt sie bei Sekunden. Mit dem Verfahren nach Merrifield wurde die erste Totalsynthese von Insulin durchgeführt.

Allgemeines

Schematische Präsentation eines Merrifield-Harzes mit reaktiver Chlorbenzylgruppe an der Oberfläche einer Polymerkugel (links).

Das Verfahren bedient sich einer festen Phase (Harz) aus Polystyrol, das an der Oberfläche CH₂Cl-Gruppen trägt. Diese Festphase wird Merrifield-Harz genannt. Die Synthese besteht aus mehreren einleitenden Schritten, Propagationsschritten und einem abschließenden Reaktionsschritt.

Während die klassische Solid-Phase-Peptide-Synthesis (SPPS) nach Merrifield eine sehr arbeits- und zeitaufwändige Prozedur darstellt, hat seit 2003 ein deutlicher Fortschritt durch den Einsatz der Mikrowellentechnik eingesetzt. Die einzelnen Reaktionsschritte können in einem Monomode-Mikrowellengerät binnen 30 s durchgeführt werden. Neben der Reaktionsbeschleunigung wird auch eine erhöhte Reinheit verzeichnet.

Einleitende Reaktion

Im ersten Schritt wird eine am N-Terminus geschützte Aminosäure mit dem Rest R¹ am C-Terminus an die Oberfläche der festen Phase gebunden. Dabei wird Chlorid im Zuge einer nukleophilen Substitution abgespalten. Da die Aminosäure nun über eine Estergruppe fest an das Substrat gebunden ist, wird gespült, um Reaktionsprodukte und überschüssige Aminosäure zu entfernen.

Im nächsten Schritt wird die Schutzgruppe (in der Regel tert-Butyloxycarbonyl (BOC), siehe Abbildung, oder Fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc)) abgespalten. Die an das polymere Substrat gebundene Aminosäure besitzt nun einen reaktiven (freien) N-Terminus. Es wird ein weiteres Mal gespült, um niedermolekulare Verunreinigungen zu entfernen.

Peptidpropagation

Nun setzt man wiederum eine am N-Terminus geschützte und am C-Terminus aktivierte Aminosäure mit dem Rest R² hinzu. Diese mit Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) aktivierte Aminosäure reagiert nun endergonisch mit der bereits gebundenen unter Ausbildung einer Peptidbindung und formaler Abspaltung von Wasser, das als Dicyclohexylharnstoff gebunden wird. Es folgt wiederum eine Spülung. Dann wird die Schutzgruppe der neu hinzugefügten Aminosäure entfernt.

Daraufhin kann man wieder eine N-geschützte Aminosäure mit dem Rest R³ zusetzen und mittels DCC das Peptid um eine dritte N-geschützte Aminosäure verlängern. Durch Abspalten der Schutzgruppe erhält man den immobilisierten Tripeptidester.

Ggf. können analog weitere N-geschützte Aminosäuren ankondensiert werden.

Abbruch-Reaktion

Mit Hilfe von Flusssäure wird die Esterbindung der zuerst eingeführten Aminosäure zum Substrat (polymerer Träger) protoniert und gespalten, so dass das fertige Peptid (hier ein Tripeptid) freigesetzt wird:

Einzelnachweise

Literatur

• Weng C. Chan, Peter D. White: Fmoc Solid Phase Peptide Synthesis: A Practical Approach. Oxford University Press, Oxford/ New York 2000, ISBN 0-19-963724-5.