实验目的
实验原理
实验内容及步骤
肽(peptide)是α-氨基酸以肽链连接在一起而形成的化合物,它也是蛋白质水解的中间产物。生物多肽不仅能美肤养颜,喷施在植物上,对植物的生长、抗性、品质均有明显的功效,也拥有被开发为药物的潜力。多肽药物则受益于人工合成技术的进步,成本优势逐渐体现。本实验主要学习固相多肽合成方法,及体外抑菌效果。通过本实验要达到教学目标如下:
(1)掌握活性肽固相合成原理。
(2)熟悉活性肽合成后处理方法。
(3)了解活性肽的应用。
(4)掌握微生物的无菌操作技术。
(5)掌握抑菌活性测定方法。
(6)培养学生思辨能力、分析与解决问题能力、以及综合运用多学科知识的能力,培养同学团队意识、创新精神和科学严谨的学习态度。
(1)实验原理(限1000字以内)
多肽合成以固相合成为反应原理,在密闭的防爆玻璃反应器中使氨基酸按照已知顺序不断添加、反应、合成,操作最终得到多肽。为了防止副反应的发生,参加反应的氨基酸的侧链都是保护的。羧基端是游离的,并且在反应之前必须活化。固相合成方法有两种,即Fmoc(9-芴甲氧羰基)合成法和Boc(叔丁氧羰基)合成法。Boc法是经典的多肽固相合成法,但容易出现一些副反应,例如多肽容易从树脂上切除下来,氨基酸侧链在酸性条件不稳定等。与Boc法相比,Fmoc法反应条件温和,副反应少,产率高,并且Fmoc基团本身具有特征性紫外吸收,易于监测控制反应的进行。本模拟实验即是选用的Fmoc多肽合成法作为演示对象。Fmoc法是以Fmoc作为氨基酸α-氨基的保护基。其优势为在酸性条件下是稳定的,不受三氟乙酸(TFA)等试剂的影响,应用温和的碱处理可脱保护,所以侧链可用易于酸脱除的Boc保护基进行保护。肽段的最后切除可采用TFA/二氯甲烷(DCM)从树脂上定量完成,避免了采用强酸。Fmoc合成法通常选择羧基树脂如王氏树脂。氨基酸的固定主要是通过保护氨基酸的羧基同树脂的反应基团之间形成的共价键来实现的,羧基树脂形成共价键的方法通常是加入适当的缩合剂如DCC或羧基二咪唑,使被保护氨基酸与树脂形成共酯以完成氨基酸的固定。Fmoc多肽合成法的核心原理可概括为:首先是碱性溶剂(哌啶)去除树脂上结合氨基酸的α-氨基Fmoc保护基,同时使用活化剂(或称缩合剂,本实验使用HBTU)在碱(N-甲基吗啉)存在下活化下一个游离氨基酸羧基,被活化氨基酸的羧基与裸露的α-氨基交联形成肽键。这两步反应反复循环直至所有氨基酸按顺序(一般从肽链C端向N端)结合完成,最后使用DCM将尾端氨基酸的Fmoc保护基切除。裂解反应的核心原理是裂解液(主要成分为三氟乙酸、乙二硫醇和三异丙基硅烷)能够将合成的肽链从树脂上切下来并切除多肽链的侧链保护基团。裂解后液体经浓缩后与冰乙醚混合,多肽不溶于冰乙醚会自然析出,而在合成以及裂解反应中残余的杂质会溶解在冰乙醚中,最终经离心后去除大部分上清即可由乙醚自然挥发得到固体多肽。固体多肽中残余的水溶性杂质再通过重新溶解并冻干的过程去除。抗菌肽具有广谱抗细菌活性。含有定量抑菌肽的滤纸在已接种测试菌的琼脂平板上,抑菌肽水分溶解后便不断地向纸片周围区域扩散,形成递减的梯度浓度。在纸片周围抑菌浓度范围内的细菌的生长被抑制,形成透明的抑菌圈。抑菌圈的大小反映测试菌对测定药 物的敏感程度,并与该抑菌肽对测试菌的 MIC呈负相关。

一、实验内容

1准备阶段

通过文字、动画等介绍实验目的,多肽的概念、作用及固相肽合成原理、以及实验设备与仪器,同时熟悉课程思政内容。

2虚拟仿真操作

版块一 固相多肽合成

1. 将试剂瓶装满所需试剂

2. 氨基酸的计算与称量

Tribute peptide synthesiser每次合成的多肽量为0.3 mmol,每个氨基酸应至少是所需量4倍。此外,活化剂催化偶联的比例为1:1,因此,活化剂(HBTU)也需称4倍于多肽的量。

具体操作如下:

清水清洗合成管三次,甲醇润洗一遍后烘干。

称取1.2 mmol HBTU装入洗净干燥的合成管中。

每种氨基酸称取1.2 mmol后装入含HBTU的合成管中并封管。

3. 根据肽链C端,挑选合适的 Wang ResinRink Amide Resin,称取0.3 mmol树脂装入30 mL的反应容器中并将反应容器装上固相合成仪。

4. 检查固相合成仪溶剂过滤器和氮气源;排出气泡并准备足够合成用试剂;加压并灌注试剂瓶;在转盘上插入合成管;选择每个氨基酸的偶联程序(如下表,第2-8步循环);按RUN开始合成。

裂解反应:

将干燥的树脂从反应容器中取出称重,然后将其转移到带有搅拌器的100 mL圆底烧瓶中。

根据树脂的重量,以25 mL/g计算所需裂解液总体积。按照比例配置裂解液:94% 三氟乙酸 (TFA) + 2% 乙二硫醇 (EDT) + 2% 三异丙基硅烷 (Tips) + 2 % H2O

将裂解液与树脂混合,室温下磁力搅拌反应6-8小时。

完成裂解反应后,使用布氏漏斗过滤裂解混合物,然后通过旋转蒸发将滤液浓缩至接近干燥(水浴锅温度不超过40℃)。

多肽洗涤

将浓缩液转移至于50 mL离心管中并加入45 mL冰乙醚(Et2O),震荡后置于-20℃冰箱静置过夜完成肽的析出沉淀。

第二天取出离心管5000 g 离心5分钟,弃去上清液,然后再次向管中加入45 mL Et2O

整个过程重复3次,最后一次上清应尽可能弃干净。

使用10 - 20 mL ddH2O溶解肽沉淀后将离心管在液氮中速冻15分钟。

然后将离心管(去盖换有孔锡纸)放于冷冻干燥机中冻干约60小时后即可得到多肽粉末。此时可用质谱测定合成产物的分子量以判断固相合成是否成功。若需提纯多肽可进一步结合液相。

版块二 抑菌活性测定

1.待测菌活化

将待测细菌在灭菌MH肉汤琼脂平板上过夜培养,挑取菌落接种于灭菌试管中的MH肉汤,37℃250 r/min过夜培养。将培养后的菌液取30 μL转接至3 mL新鲜MH肉汤液体培养基中,37℃250 r/min恒温震荡培养25 h至对数生长期。将上述2次活化的菌液稀释至21057105CFU/mL

2.最小抑菌浓度(MIC)实验

采用Hancock实验室改良的微量肉汤稀释法测定。

分别精密称取1号抗菌肽2.0 mg2号抗菌肽2.0 mg1号抗菌肽和1号抗菌肽各2.0 mg34mL离心管,用无菌水溶解,分别制备成1.0 mg/mL的供试品溶液,并稀释为50250.1250.10.050.025 μg/mL系列浓度。

将稀释好的1号抗菌肽各取10 μL依次加入到96孔板B-D行的各个孔内(重复的两行作为副孔)2号抗菌肽各取10 μL依次加入到96孔板E-G行的各个孔内,1号抗菌肽和2号抗菌肽混合各取10 μL依次加入到96孔板B-D行的各个孔内。无菌水代替供试品溶液作为阴性对照加入到96孔板A行。

将增菌后的菌液稀释成浓度为5105CFU/mL,依次取90 μL加入到有抗菌肽的所有孔内。

96孔板盖盖后,用医用胶带封口,37℃振荡培养24 h

3.抑菌圈实验

倒平板:在超净台里将培养基倒入平板,每板约15 mL左右,水平放置,凝固后倒置放入30℃恒温培养箱中,2 d后观察是否有菌落生长,若没有则可供下一步实验使用,否则需重新倒平板。

涂布:用微量移液器分别取大肠杆菌、金黄色葡萄球菌发酵液200 μL加到(1)检测过的平板培养基上,用涂布器在平板上涂抹均匀直至干燥。

取无菌并干燥的滤纸片(Φ=5mm),每片精密滴加1 mg/mL样品20 μL(每个样品做3个重复),置清洁无菌平皿内,无菌操作台干燥后备用。取无菌干燥滤纸片,每片滴加无菌蒸馏水20μL,制备成阴性对照样片

将(3)中做好的3样品和1个对照放于同一个平板的四个角,于37℃恒温恒湿培养箱培养2448h

用游标卡尺测量出抑菌圈直径大小。

板块三

通过在线测试检测学生的学习情况,并提交实验报告



二、实验步骤,共 15


步骤序号

步骤目标要求

步骤合理用时

目标达成度赋分模型

步骤满分

成绩类型

1

使学生预习实验的研究背景

20

持续点击完成整个背景介绍学习

5

£操作成绩

R实验报告

£预习成绩

R教师评价报告

2

使学生了解课程思政内容

5

学习完课程思政内容

5

3

使学生初步熟悉本实验的研究目的

5

持续点击完成整个研究目的介绍学习。

5

4

使学生初步掌握本实验的实验原理

5

持续点击完成整个研究实验原理。

5

5

使学生初步了解本实验研究设备与试剂

5

持续点击完成整个研究设备与试剂知识的学习。

5

6

使学生初步掌握本实验试剂准备的步骤

5

持续点击完成试剂准备步骤的学习。

5

7

使学生初步掌握本实验氨基酸的计算与称量的步骤

5

持续点击完成氨基酸的计算与称量步骤的学习。

5

8

使学生初步掌握固相多肽合成仪运行前的检查、预备和程序设置步骤

10

持续点击完成固相多肽合成仪运行前的检查、预备和程序设置步骤的学习。

5

9

使学生初步掌握合成多肽裂解反应的步骤

5

持续点击完成多肽裂解反应步骤的学习。

5

10

使学生初步掌握多肽洗涤的步骤

5

持续点击完成多肽洗涤步骤的学习。

5

11

使学生初步掌握多肽粉末获取的步骤

5

持续点击完成多肽粉末获取步骤的学习。

5

12

使学生初步掌握菌种活化步骤

5

持续点击完成菌种活化步骤的学习。

5

13

使学生初步掌握多肽最小抑菌浓度测定实验

5

持续点击完成多肽最小抑菌浓度测定实验的学习。

5

14

使学生初步掌握多肽抑菌圈实验

5

持续点击完成多肽抑菌圈实验的学习。

5

15

使学生完成实验的思考题、提交实验报告

30

持续点击完成整个实验的思考题及提交实验报告

30

预习资料

序号 资源信息分类 资源信息名称 资源信息类型 操作
1 预习 操作引导 视频MP4 点击查看

操作资料

序号 资源信息分类 资源信息名称 资源信息编号 资源信息类型 费用 收费有效期
1 操作 一种抗菌肽固相合成及体外抑菌效果综合实验 202314436071001 外部链接 0.00 0

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