Пептиды и белки играют решающую роль в фундаментальных физиологических и биохимических функциях живых организмов. С развитием декодирования последовательностей генома многих организмов быстрыми темпами открывается бесконечное количество новых пептидов и белков. Исследования структуры, функции и механизмы действия этих молекул начинаются с их производства. Для получения белка используются три метода, а именно: экспрессия in vivo с помощью технологии рекомбинантной ДНК, бесклеточный синтез белка и химический синтез.

Технология рекомбинантной ДНК является наиболее широко используемым способом получения интересующего белка, однако имеет ряд недостатков. Во-первых, возникают трудности с получением токсичных для клетки белков, кроме того невозможно получение коротких пептидов, имеющих от двух аминокислотных остатков в своей структуре. Во-вторых, учитывая, что живые клетки используются для производства белка, такие системы синтеза по своей сути ограничены 20 генетически закодированными природными аминокислотами. Кроме того получение белков и пептидов с использованием технологии рекомбинантной ДНК сопряжено с дополнительной очисткой от примесей молекулами штамма-продуцента. Такими молекулами в основном являются  белки, нуклеиновые кислоты, липополисахариды, которые могут оказывать существенное влияние на характеристики конечного продукта. Кроме того для получения каждого конкретного полипептида необходимо проводить работу по конструированию штамма-продуцента, а также отработки условий экспрессии, выделения и очистки этого полипептида.

Бесклеточная экспрессия белков является альтернативой технологии рекомбинантной ДНК. Бесклеточное производство белка достигается путем объединения лизата клеток, который содержит все необходимые механизмы для синтеза белка (включая аппарат транскрипции и трансляции), с экзогенным снабжением аминокислотами, нуклеотидами, солями и энергетическими ресурсами. Бесклеточная система имеет два очевидных преимущества перед экспрессией белка in vivo. Во-первых, бесклеточные системы позволяют эффективно включать неприродные или химически модифицированные аминокислоты в экспрессируемый белок в желаемых положениях во время трансляции. Однако многие неприродные аминокислоты просто несовместимы с процессом синтеза на рибосомах. Во-вторых, бесклеточные системы могут производить белки, которые физиологически не переносятся живой клеткой, например, токсичные, протеолитически чувствительные или нестабильные белки. Однако из-за высокой стоимости очищенных компонентов в подавляющем большинстве случаев бесклеточные системы биосинтеза белка используют в аналитическом варианте, когда объем пробы не превышает 100 мкл, а количества белка - микрограммы.

Химический синтез играет все более важную роль в производстве пептидов и белков, особенно после изобретения Меррифилдом твердофазного пептидного синтеза (SPPS) в 1963 году. Самыми большими преимуществами этой технологии являются свободное включение неприродных аминокислот в состав молекул, в том числе и D-ряда, синтез белков, токсичных для живой клетки, направленной модификации полипептидных молекул и одновременный синтез ряда модификаций одной молекулы. 

Химические методы синтеза пептидов имеют более чем 100-летнюю историю. В 1881 году Теодор Курциус синтезировал первый N-защищенный дипептид —бензоилглицилглицин — используя метод азидного сочетания, при котором серебряная соль глицина обрабатывалась бензоилхлоридом. Однако первой публикацией об успешном синтезе стала работа Эмиля Фишера, получившего глицилглицин путём гидролиза дикетопиперазинов в 1901 году. Для эффективного синтеза необходимо применение временных защитных групп, предотвращающих присоединение мономеров к неправильным функциональным группам растущей цепи или повторное присоединение одного и того же мономера за один шаг синтеза. Стратегии синтеза, как правило, обозначаются по тому, какие защитные группы используются. В 1931 году Бергманном и Зервасом на роль защиты α-аминогрупп была предложена карбензокси группа (Cbz), а в 1957 году Карпино, МакКеем и Альбертсоном —трет-бутилоксикарбонильная группа (Boc), которая до 70-х–80-х годов оставалась наиболее популярной. В 1963 году Меррифилд совершил прорыв в области пептидного синтеза, когда впервые использовал для него твердую подложку, положив начало современному твердофазному синтезу. Хотя методом синтеза в жидкой фазе были успешно получены такие биологически активные пептиды, как окситоцин, инсулин и другие, его серьёзным недостатком перед твердофазным вариантом является низкая скорость.

Для твердофазного синтеза используют твёрдый носитель, к которому присоединяют растущую цепь пептида. В качестве носителя выступают различные смолы, например полистирол, гидроксиметил, фенилацетамидометил, 4-метилбензиндриламин и другие. 

Схема этапов твердофазного химического синтеза пептидов [по Fields, G.B. Introduction to Peptide Synthesis / G.B. Fields // Current Protocols in Protein Science. 2001. V.26. P.18.1.1–18.1.9].

На сегодняшний день используется преимущественно Fmoc/tBu-стратегия синтеза. 9-флуоренилметоксикарбонильная группа (Fmoc) для защиты α-аминогруппы аминокислот была предложена Карпино в 1970 году. При этом для боковых цепей используют защиту на основе трет-бутила (tBu). Снятие защиты Fmoc-группы происходит в умеренно щелочных условиях, а для удаления боковых tBu-защитных групп необходима умеренно кислая среда. Эта стратегия более выигрышна в сравнении с классическим Boc-синтезом, поскольку для удаления Boc-группы используют умеренно кислые условия, а для снятия боковых защитных групп — ещё более кислые условия, из-за чего в каждом цикле синтеза происходит отщепление некоторой части защитных групп боковых цепей аминокислотных остатков и возникает прогрессирующая потеря пептида с полимерной основы. Внедрение Fmoc-технологии позволило достичь значительных успехов в увеличении длины синтезируемых пептидов.

Таким образом, среди преимуществ метода химического синтеза пептидов можно выделить следующие:

- получение пептидов заданной структуры в короткие сроки

- получение пептидов высокой степени очистки (более 99%)

- включение нестандартных аминокислотных остатков в состав молекул

- модификация N- и  C-концевых участков молекулы

- селективное замыкание дисульфидных связей

- получение в короткие сроки набора направленно модифицированных пептидов

- получение от 10 мг до сотен граммов пептидов