Edman-Abbau

Der Edman-Abbau ist eine chemische Methode der N-terminalen Sequenzierung von Peptiden und Proteinen, die 1950 von dem schwedischen Biochemiker Pehr Edman entwickelt wurde. Sie beruht auf der schrittweisen, zyklusweisen Abspaltung des N-terminalen Rests eines Peptids, ohne den Rest der Kette zu beschädigen, und ermöglicht so die Identifizierung der ersten 30-50 Aminosäuren einer Polypeptidsequenz.

Chemisches Prinzip. Jeder Edman-Zyklus umfasst drei Schritte: (1) Kupplung — Phenylisothiocyanat (PITC, Edman-Reagenz) reagiert im basischen Milieu (Trimethylamin oder Pyridin) mit dem freien N-terminalen Amin zu Phenylthiocarbamat (PTC); (2) Abspaltung — wasserfreie Trifluoressigsäure (TFA) bewirkt eine intramolekulare Cyclisierung mit dem Peptidstickstoff und setzt den N-terminalen Rest als Anilinothiazolinon (ATZ) frei; (3) Umwandlung und Identifizierung — das instabile ATZ wird durch Erhitzen in wässrig-saurem Milieu in das stabile Phenylthiohydantoin (PTH) überführt, anschließend wird das PTH-Aminosäurederivat mittels RP-HPLC (C18, ACN/TFA-Gradient) durch Vergleich mit den 20 PTH-Aminosäure-Standards identifiziert.

Leistung und Grenzen. Die Zyklusausbeute erreicht unter optimalen Bedingungen 95-98%, sinkt jedoch durch kumulative Fehler (Verzögerung, Verschleppung, Oxidation) fortschreitend ab, was die nutzbare Sequenzierung auf 30-50 Zyklen begrenzt. Wesentliche Einschränkungen: (1) blockierter N-Terminus (pyroGlu, Acetylierung, N-Formylierung, Myristoylierung), der die Kupplung verhindert; (2) problematische Reste (oxidiertes Cys, phosphoryliertes Ser/Thr, gegenüber saurer Oxidation empfindliches Trp); (3) mäßige Empfindlichkeit (Pikomol). Die Automaten Applied Biosystems 491, Shimadzu PPSQ, Phenomenex Procise leisten ~1 Zyklus/Stunde.

Heutige Rolle. Für die De-novo-Sequenzierung durch die Tandem-Massenspektrometrie MS/MS verdrängt (ESI/MALDI + CID/HCD/ETD-Kollision, Software PEAKS, de Novo, MaxQuant), wird der Edman-Abbau weiterhin in der pharmazeutischen Qualitätskontrolle (USP <1055>, Chargenfreigabe von Peptid-Wirkstoffen), beim Nachweis neuartiger proteolytischer Spaltungen (Biomarker) und bei der Charakterisierung synthetischer Peptide eingesetzt, um die N→C-Orientierung eindeutig zu bestätigen.