¿Es posible sintetizar proteínas artificialmente?

Quora User ofrece una buena visión general sobre la síntesis de péptidos en fase sólida. Este método se ha usado junto con la ligación química nativa (o en este caso, la ligadura química cinéticamente controlada) para producir proteínas más grandes a través de la síntesis química total.

Página en pnas.org

El documento relacionado anteriormente demuestra la producción de lisozima por síntesis química total. La lisozima es un protien de 130 aminoácidos. La proteína se dividió en 4 fragmentos peptídicos 1-29, 30-64, 65-94 y 95-13, cada uno de ellos con longitudes adecuadas para la síntesis en fase sólida. Los péptidos se sintetizan con grupos específicamente reactivos en los extremos C y N, respectivamente (un grupo tioéster y un grupo reactivo de cisteína). Estos grupos luego se ligan para formar un gran segmento polipeptídico. Los autores parecen muy entusiasmados con la calidad de la proteína que obtuvieron con este método.

Hay dos grandes inconvenientes (y uno más pequeño) en este método.

1. La lisozima tiene 8 residuos de cisteína de los 130 (Página en rcsb.org). Entonces estos podrían ser convenientemente elegidos como sitios para la ligadura química. No todas las proteínas tienen dichos residuos Cys convenientemente localizados.

2. La lisozima es muy “bien educada”. Los péptidos obtenidos a partir de la síntesis en fase sólida se desnaturalizan. Tras la ligadura todavía no tienen su estructura final doblada. En el documento, los autores desnaturalizan el polipéptido usando clorhidrato de gunanidium y retiran el protien diluyendo el desnaturalizante. Muchas proteínas no se retiran tan fácilmente de sus estados desnaturalizados.

3. El inconveniente más pequeño es que se vuelve tedioso si uno tiene que trabajar con una proteína más grande. Los péptidos deben sintetizarse en pequeños bloques de 30-40 aminoácidos y ensamblarse. El rendimiento de cada una de las reacciones de ligación se vuelve crucial.

Puede sintetizar químicamente péptidos usando “síntesis de péptidos en fase sólida”. El proceso funciona de la siguiente manera:

  1. Adjuntar C-terminal de aminoácido a amina en perla / resina (fase sólida)
  2. Lave todo el aminoácido libre
  3. Agregue el aminoácido protegido N-terminal, que se unirá al N-terminal del aminoácido en el cordón
  4. Lave todo el aminoácido libre
  5. Desproteger N-terminal
  6. Quitarse
  7. Repita hasta que el péptido final esté completamente sintetizado.
  8. Quite el péptido de la resina para obtener el producto final del péptido

Aquí hay una figura que obtuve de Sigma-Aldrich (Pasos básicos en la síntesis de péptidos en fase sólida usando Fmoc-Chemistry)

La desventaja de este método es el rendimiento de los péptidos largos. Hipotéticamente hablando, si cede para la adición de un aminoácido es 99.0%, su rendimiento para un péptido de 70 aminoácidos será 0.990 ^ 70 = 49.5%. Para darle un contexto, la longitud media de una proteína humana es de 375 aminoácidos (Fuente: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/ …)

Otro método “artificial” para sintetizar proteínas es la traducción libre de células o in vitro. Básicamente, incubas tu plantilla de ARNm con algún tipo de lisado celular (como reticulocitos de conejo, germen de trigo o E. coli) y utiliza la maquinaria celular en el lisado para sintetizar la proteína en función del ARNm que agregaste.

La razón por la cual la expresión in vivo es el método más comúnmente utilizado es porque es la forma más rentable de producir proteína.