通过序列设计解决关于多肽的一些问题

多肽是由复杂分子组成的化合物，每一条序列都有其独特的化学和物理属性。除了有些多肽难于合成，大多数多肽相对容易合成，但是纯化可能较困难。很多肽水溶性较差，因此在纯化时，这些疏水性多肽常常需要溶解在有机溶剂或者特定的缓冲溶液中。

这些有机溶剂或者缓冲溶液有时并不适合生物学等方面的实验，所以就不能用这些多肽进行研究工作。

因此，在合成多肽时，我们会对这些多肽序列进行分析，以确定是否难以合成或水溶性的问题。

针对一些有着特殊序列的多肽，我们多肽专业人员经过仔细地分析研究后，会提出合理的建议。例如，当遇到难于合成或水溶性差的多肽序列时，我们不会拒绝合成，而是提供一些可以改善的方法，最终得到满意的产品。

这些方法包括改变序列或其两端等方面。我们根据常见氨基酸的特性来进行分类，详见后面的附表。接下来我们列出多肽问题的类型及减少或克服问题的方法，以供参考。通过员沟通协商后，这些特殊多肽的设计方案能得到最终确定。

一、难于合成的多肽序列的设计方案

1、缩短序列

一般来讲，肽链长度越长，所得到粗肽的纯度越低。大多数含有少于15个残基的多肽比较容易合成。然而，当肽链的长度超过20个残基时，就应该考虑如何才能得到目的肽。多数情况下，缩短肽的长度使其少于20个残基，能够达到理想的结果。

2、减少疏水性残基的数目

如果序列中含有较多的疏水性残基，尤其分布在距离羧基端7-12位置时，多肽就会难于合成。这可能是在合成过程中，由于多肽侧链形成β折叠造成不完全耦合所导致。这种情况下，用一些极性残基来替换一个或多个疏水性残基，也可以插入一个Gly或Pro，就可以打开β折叠。

3、使“困难”残基最少化

如果序列中含有较多的Cys、Met、Arg、Trp残基时，多肽就会难于合成。因为Cys、Met、Trp或者其侧链很容易氧化。如果可能的话应尽量避免这些残基在序列中出现，或者做一些保守的替换。例如，用Ser代替Cys，Norleucine代替Met，Tyr、Phe或其他一些疏水性残基如Leu代替Trp。Lys可以用来代替Arg。

二、改善溶解性的多肽序列的设计方案

1、改变序列的N或C端

对酸性肽（即在中性条件下多肽带负电荷），我们推荐多肽为这样的形式：
Acetyl-peptide-COOH（多肽N端乙酰化，C端自由羧基），以使多肽尽可能多的带负电荷。
对碱性肽（即在中性条件下多肽带正电荷），我们推荐多肽为这样的形式：
H-peptide-amide（多肽N端自由氨基，C端酰胺化），以使多肽尽可能多的带正电荷。

2、缩短或延长多肽序列

如果序列中疏水性残基（W、F、V、I、L、M、Y、A）的含量大于50%时，多肽的溶解性显著降低。此时，延长序列增加的极性残基往往有助于提高多肽的极性。相反，缩短序列以减少疏水性残基也能增强多肽的极性。总之，多肽的极性越强，其水溶性越好。

3、增加亲水性残基

为了改善多肽的溶解性，有些多肽序列是可以任意添加一些极性残基的。我们建议，在酸性肽的N或C端加入Glu-Glu，在碱性肽的N或C端加入Lys-Lys。如果序列中不允许加入带电基团，我们建议在序列的N或C加入Ser- Gly-Ser。显然，如果多肽序列两端都不允许改变的话，这种方法就不适合了。

4、通过代替一个或多个残基来改变序列

改变序列中的某些残基就可以改善多肽的溶解性。一个相对保守又简单的替换能够显著地增强多肽的溶解性，如用Gly代替Ala。

5、对一组重叠肽选择不同结构来改变序列

如果想要合成一些连续的或重叠的多肽，应当对每一条多肽的起始点进行适当的改变，使每条多肽序列中的疏水性和亲水性残基达到平衡。或者把“困难”残基分配到不同的序列中（如，将两个Cys划分到两个序列中，而不要使其出现在在同一个序列里）。

三、氨基酸不同特性的分类

根据氨基酸不同特性，可以将20种氨基酸及其它一些常见氨基酸分为不同的种类。下面列出一些常见的分类方法：

1、20种氨基酸及其缩写

2、蛋白中其它常见的氨基酸:

Hydroxyproline (hydroxylated proline - two isomers);
Cystine (oxidised cysteines) ;
Pyroglutamic acid (cyclised N-terminal glutamic acid)

3、多肽序列中的其它氨基酸

Alpha-amino butyric acid (cysteine replacement)
Beta-amino alanine (straight chain isomer of alanine)
Norleucine (linear sidechain isomer of leucine)

4、按亲水性/疏水性来划分：

亲水性：D, E, H, K, N, Q, R, S, T, Hydroxyproline, pyroglutamic acid
疏水性：A, F, I, L, M, P, V, W, Y, alpha-amino butyric acid, beta-amino alanine, norleucine
中 性：C, G

5、其它的一些氨基酸分类：

温和条件下易被氧化：Cys，Met
易发生脱酰胺作用：Asn，Gln，C端氨基
易降解：Met，Trp
带正电荷：Lys，Arg，His，N端氨基
带负电荷：Asp，Glu，Tyr，C端羧基