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01.09.11 Produktvorstellung
Biochemie in der Mikrowelle
Schnelle Herstellung von reinen Peptiden mit schwierigen Sequenzen in der Mikrowelle mit manuellen und vollautomatischen Systemen
Proteomics: Enzymatische Aufschlüsse und Proteinhydrolyse
Proteine bzw. Peptide spielen für die physiologischen und biochemischen Funktion lebender Organismen eine herausragende Rolle. Peptide und Petidomimetika kommen z.B. auch als Wirkstoffe mit potenter Wirksamkeit in Frage, was schnelle Synthesemöglichkeiten für die Forschung interessant macht; oder Proteine sind selbst Ziel von Wirksubstanzen z.B. in Form von Enzymhemmern. Daher ist die Sequenz- und Struktur-Analyse von Proteinen ein weiteres wichtiges Aufgabenfeld.
Reaktionen sind unter Mikrowelleneinwirkung schneller als unter konventioneller Erwärmung im Ölbad. Organische und biochemische Reaktionen laufen bei Verwendung von Mikrowellenenergie in wenigen Minuten ab, anstelle von Stunden, wie es bei traditionellen Methoden üblich ist!
Abb. 1: CEM Discover mit Spezialausrüstung für die Festphasen-Peptid-Synthese nach Merrifield
Peptid-Synthese
Bei der Synthese von Peptiden ist eine erhöhte Reinheit sowie eine Unterdrückung von Racemisierungen zu beobachten. Es konnte auch gezeigt werden, das besonders schwierige Sequenzen und insbesondere langkettige Peptide gut in der Mikrowelle herzustellen sind. So können Peptide mit einer Kettenlänge von größer als 100 mer ausschließlich im Mikrowellen-Peptid-Synthesizer hergestellt werden. Ein möglicher Erklärungsansatz für diese nur in der Mikrowelle zu realisierenden Peptide könnte die Streckung der Moleküle im Mikrowellenfeld sein.
Für die Peptid-Synthese in der Mikrowelle stehen ein manuelles Gerät, das Discover SPS und ein vollautomatisches System, das Liberty zur Auswahl. 20 Aminosäuren, 5 weitere Aminosäuren, 12 Harze und die weiteren Reaktionskomponenten wie Aktivierungsreagenzien und Basen, die wie die Aminosäuren kommerziell auch über CEM erhältlich sind, werden vollautomatisch in den Reaktor dosiert und das Peptid in schnellen Schritten synthetisiert. Hier werden die Reaktionsbedingungen der Festphasen-Synthese nach Merrifield mit der Mikrowellenaktivierung gekoppelt.
Abb. 2: Dualer Peptid-Synthesizer Liberty im Einsatz: Wahlweise mit Mikrowelle oder ohne Mikrowellenaktivierung
Falls bei speziellen Aminosäure-Kupplungen lieber langwierig ohne Mikrowellenaktivierung gearbeitet werden soll, ist dies auch kein Problem. Per Mausklick wird die Mikrowelleneinstrahlung deaktiviert und es kann eine klassische Aminosäure-Kupplung durchgeführt werden.
Mikrowellenunterstützter Enzymatischer Aufschluss
Der enzymatische Aufschluss ist ein wichtiger Schritt in der Probenvorbereitung zur Sequenzanalyse von Proteinen. Mit verschiedenen Enzymen (z. B. Trypsin) kann die Zersetzung von Proteinen in kleinere Peptide selektiv nach bestimmten Aminosäurebindungen erfolgen. Ein bekanntes Beispiel ist der Transferrin-Aufschluss. Der klassische Aufschluss dauert 16 Stunden. Der Aufschluss mit Mikrowellenunterstützung im Discover dauert nur 10 min. Zudem ist die Qualität des mikrowellenunterstützen Aufschlusses um 10% besser als auf dem konventionellem Wege.
Fig. 2: Der CEM Discover ausgerüstet zur beschleunigten Protein-Hydrolyse
Mikrowellentechnik beschleunigt die Protein-Hydrolyse
Die Protein-Hydrolyse ist eine altbewährte Aufschlussprozedur aus den Fünfziger Jahren zur Analyse der Aminosäuren. Mit der Aminosäuren-Analyse (AAA) erfolgt die Quantifizierung der einzelnen Aminosäuren der jeweiligen Probe. Die AAA stellt eine Voraussetzung zur Identifikation der Aminosäuresequenz des Proteins/Peptids dar. Mit Hilfe der Mikrowellentechnik können einige Vorteile bei dieser etablierten Arbeitsweise erzielt werden:
- Der Zeitgewinn durch den Einsatz der Mikrowellentechnik ist auch bei der Protein-Hydrolyse enorm. Anstatt die Zersetzungsreaktionen über Nacht zu betreiben, vermag die Mikrowelle in nur 15 min. vergleichbare Ergebnisse zu erzielen.
- Die Aufschlusseffizienz wird erhöht. Speziell bei hydrophoben Proteinen wird der Aufschluss unter Mikrowellenaktivierung deutlich verbessert.
- Es können in einem Lauf bis zu 10 Standard HPLC Autosampler Vials (100 - 300 µl) eingesetzt werden. Alle 15 min. können erneut 10 Proben hydrolysiert werden und somit ein extrem hoher Probendurchsatz realisiert werden.
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