Quelltext der Seite Merrifield-Synthese

Die '''Merrifield-Synthese''' ist ein von dem US-amerikanischen Chemiker [[Robert Bruce Merrifield]] entwickeltes Verfahren zur [[Synthese (Chemie)|Synthese]] von [[Peptid]]en aus einzelnen [[Aminosäure]]n.<ref name="Merrifield">Robert Bruce Merrifield, ''Solid phase peptide synthesis'' [[Journal of the American Chemical Society]] Volume 85, Heft 14 S. 2149–2154,  [[doi:10.1021/ja00897a025]].</ref><ref>A. Marglin, R. B. Merrifield: ''The synthesis of bovine insulin by the solid phase method.'' In: ''Journal of the American Chemical Society.'' Band 88, Nummer 21, November 1966, S.&nbsp;5051–5052, PMID 5978833.</ref><ref name="jakubke">Hans-Dieter Jakubke, Hans Jeschkeit: ''Aminosäuren, Peptide, Proteine.'' Verlag Chemie, Weinheim 1982, ISBN 3-527-25892-2, S. 204–222.</ref> Er erhielt dafür 1984 den [[Nobelpreis]] für Chemie.<ref name="Nobel">{{Nobel-ch|1984|Robert Bruce Merrifield}}</ref> Das Verfahren kann automatisiert werden. Der [[Zeit]]aufwand 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. 

== Prinzip ==
[[Datei:Merrifield Resin V.1.svg|miniatur|hochkant=1|Schematische Präsentation eines Merrifield-Harzes mit reaktiver Chlorbenzylgruppe an der Oberfläche einer Polymerkugel (links).]]
Das Verfahren bedient sich einer [[Aggregatzustand|festen Phase]] ([[Harz (Material)|Harz]]) aus [[Polystyrol]], das an der Oberfläche CH<sub>2</sub>Cl-Gruppen trägt. Diese Festphase wird Merrifield-Harz genannt. Die Synthese besteht aus mehreren einleitenden Schritten, Propagationsschritten und einem abschließenden Reaktionsschritt. Praktisch lassen sich Peptide mit einer Länge von ca. 100 Aminosäuren herstellen.<ref>[[Erich Wünsch]]  ''Synthese von Peptid-Naturstoffen: Problematik des heutigen Forschungsstandes'' [[Angewandte Chemie (Zeitschrift)|Angewandte Chemie]] Volume 83, Heft 20, S. 773–782,  [[doi:10.1002/ange.19710832002]].</ref>

== Einleitende Reaktion ==
Im ersten Schritt wird eine am [[N-Terminus|''N''-Terminus]] [[Schutzgruppe|geschützte]] [[Aminosäuren|Aminosäure]] mit dem Rest R<sup>1</sup> am [[C-Terminus|''C''-Terminus]] an die Oberfläche der festen Phase gebunden. Dabei wird [[Chlorid]] im Zuge einer [[Nukleophile Substitution|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.

[[Datei:Merrifield Synthesis 1 V.1.svg|rahmenlos|hochkant=1.7|Immobilisierung einer ''N''-geschützten Aminosäure am polymeren Träger.]]

Im nächsten Schritt wird die [[Schutzgruppe]] [in der Regel [[Butyloxycarbonyl-Gruppe|''tert''-Butyloxycarbonyl]] (BOC), siehe Abbildung, oder [[Fmoc-Schutzgruppe|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 [[Aktivierung (Chemie)|aktivierte]] Aminosäure mit dem Rest R<sup>2</sup> 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.

[[Datei:Merrifield Synthesis 2 V.1.svg|rahmenlos|hochkant=1.8|Peptidpropagation: Bildung eines [[Immobilisierung|immobilisierten]] Dipeptidesters.]]

Daraufhin kann man wieder eine ''N''-geschützte Aminosäure mit dem Rest R<sup>3</sup> zusetzen und mittels DCC das Peptid um eine dritte ''N''-geschützte Aminosäure verlängern. Durch Abspalten der Schutzgruppe erhält man den immobilisierten Tripeptidester.

[[Datei:Merrifield Synthesis 3 V.1.svg|rahmenlos|hochkant=2|Peptidpropagation: Bildung eines immobilisierten Tripeptidesters.]]

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:

[[Datei:Merrifield Synthesis 4 V.2.svg|rahmenlos|hochkant=1.8|Abspaltung des Peptids (Beispiel: Tripeptid) vom polymeren Träger.]]

== Geschichte ==
{{Hauptartikel|Peptidsynthese#Geschichte|titel1=„Geschichte“ im Artikel Peptidsynthese}}
Die Entwicklung der Merrifield-Synthese ist eng mit der Entwicklung der Peptidsynthese verwandt. Die erste [[Festphasensynthese]] von Peptiden auf festen porösen Polymeren als Substrate wurde 1966 von Bruce Merrifield und Arnold Marglin mit der Merrifield-Synthese am Beispiel von Insulin durchgeführt.<ref name="Merrifield" /> Dadurch stieg die Ausbeute pro Reaktionszyklus von 90 % auf 99,5 % und die Nebenreaktionsprodukte und Edukte konnten einfach durch Waschen entfernt werden, wodurch auch längere Peptide mit akzeptabler Ausbeute erzeugt werden konnten.<ref name="Nobel" /> Eine Variante der Merrifield-Synthese namens ''SPOT-Synthese'' auf [[Cellulose]]-[[Filterpapier]] als Matrix wurde 1992 von [[Ronald Frank]] beschrieben.<ref name="DOI10.1016/S0040-4020(01)85612-X">Ronald Frank: ''Spot-synthesis: an easy technique for the positionally addressable, parallel chemical synthesis on a membrane support.'' In: ''Tetrahedron.'' 48, 1992, S.&nbsp;9217, {{DOI|10.1016/S0040-4020(01)85612-X}}.</ref> Sie wird vor allem zur [[Epitopkartierung]] kontinuierlicher [[Epitop]]e von [[Antikörper]]n verwendet.

== Einzelnachweise ==
<references />

== 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.

[[Kategorie:Chemisch-technisches Verfahren]]
[[Kategorie:Protein-Methode]]
[[Kategorie:Namensreaktion]]