The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
This translation into Norwegian was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages
Department of Genetics and Biochemistry, Clemson University
This article is a part of JoVE General. If you think this article would be useful for your research, please recommend JoVE to your institution's librarian.
Recommend JoVE to Your LibrarianCurrent Access Through Your IP Address
Current Access Through Your Registered Email Address
Fowler, M. L., Ingram-Smith, C. J., Smith, K. S. Direct Detection of the Acetate-forming Activity of the Enzyme Acetate Kinase. J. Vis. Exp. (58), e3474, doi:10.3791/3474 (2011).
Acetat kinase, et medlem av acetat og sukker kinase-Hsp70-aktin (ASKHA) enzym superfamily 1-5, er ansvarlig for reversibel fosforylering av acetate til acetyl fosfat utnytte ATP som substrat. Acetat kinaser er allestedsnærværende i Bakterier, som finnes i en slekt av Archaea, og er også til stede i mikrober av Eukarya 6. Den mest godt karakterisert acetate kinase er at fra metan-produserende archaeon Methanosarcina thermophila 7-14. En acetate kinase som bare kan benytte PP jeg, men ikke ATP i acetyl fosfat-forming retning har vært isolert fra Entamoeba histolytica, den forårsaker agent for amøbedysenteri, og har så langt bare blitt funnet i denne slekten 15,16.
I retning av acetyl fosfat formasjonen, er acetate kinase aktivitet vanligvis målt ved hjelp av hydroxamate analysen, først beskrevet av Lipmann17-20, en kombinert analyse hvor konvertering av ATP til ADP er koblet til oksidasjon av NADH til NAD + av enzymene pyruvat kinase og laktat dehydrogenase 21,22, eller en analyse som måler utslipp av uorganisk fosfat etter reaksjonen til acetyl fosfat produktet med hydroksylamin 23. Aktiviteten i det motsatte, er acetate-forming retning målt ved kopling ATP dannelse fra ADP til reduksjon av NADP + til NADPH av enzymer hexokinase og glukose 6-fosfat dehydrogenase 24.
Her beskriver vi en metode for påvisning av acetat kinase aktivitet i retning av acetat formasjon som ikke krever kopling enzymer, men er i stedet basert på direkte fastsettelse av acetyl fosfat forbruk. Etter enzymatisk reaksjon, er gjenværende acetyl fosfat omdannes til en Ferric hydroxamate kompleks som kan måles spektrofotometrisk, som for hydroxamate analysen. Derfor, i motsetning til standard kombinert analysen for denne retningen er avhengig av produksjon av ATP fra ADP, kan dette direkte analysen brukes for acetate kinaser som produserer ATP eller PP jeg.
Den generelle ordningen med denne protokollen er skissert i figur 1.
1. Løsning Forberedelse for Standard Kurver og Assays
2. Utarbeidelse av en Acetyl Phosphate standardkurve
3. Assay for Acetat kinase aktivitet
Fire. Representant Resultater:
Hensikten med denne analysen er å måle acetate kinase aktivitet i direkteion av acetat formasjon. Dette gjøres ved å måle forbruk av acetyl fosfat underlaget, så det er ingen enkel, direkte måling for acetate produksjon. Acetyl fosfat som gjenstår etter en gitt tid under enzymatiske reaksjonen omdannes til acetyl hydroxamate og senere til Ferric hydroxamate kompleks, som har en rødlig farge (figur 2) som kan måles ved 540 nm. Standardkurven plotte absorbans mot μmoles acetyl fosfat til stede i de standarder som blir brukt til å bestemme mengden av acetyl fosfat igjen i hver reaksjon. Standarden kurven bør være lineær gjennom nullpunktet. En representant standard kurve er vist i Figur 3 har en helling på 1,2332 absorbans enheter per μmole acetyl fosfat til stede og en R 2 verdi på 0,99, indikerer dataene passer den lineære ligningen godt. Ligningen for den lineære passer til standard kurve data brukes for å beregne mengden av acetyl fosfat igjen i reaksjonen. Den μmolesav acetyl fosfat forbrukes bestemmes som differansen mellom μmoles av acetyl fosfat til stede i kontroll reaksjonen mangler enzymet og μmoles av acetyl fosfat som gjenstår etter den enzymatiske reaksjonen.
Renset, rekombinant M. thermophila acetate kinase ble analysert ved hjelp av den beskrevne protokollen. For forsøket er vist i figur 4, var konsentrasjonen av ADP holdt konstant på 5 mmol / L og konsentrasjonen av acetyl fosfat i reaksjonen var variert å bestemme K m for acetyl fosfat. Som forventet viser dette eksperimentet at enzymet følger standard Michaelis-Menten-liknende kinetikk for hver substrat og produsert en hyperbolsk metning kurve når plotting aktivitet versus acetyl fosfat konsentrasjon. Den tilsynelatende K m verdi for acetyl fosfat var 0.27 ± 0,01 mmol / L, som sammenligner gunstig til publiserte K m verdien av 0,47 ± 0,01 mmol / L med kombinert somsier 13.
Den direkte analysen kan også brukes til å måle aktiviteten av acetat kinaser som utnytter andre underlag enn ATP, som ikke er mulig å bruke standard kombinert analysen. Renset rekombinant E. histolytica acetate 16 kinase, som produserer PP i stedet for ATP i acetat-forming retning, ble utsatt for denne analysen bruker natrium fosfat i stedet for ADP. Konsentrasjonen av natrium fosfat i reaksjonen ble holdt konstant på 0,2 mol / L og acetyl fosfat konsentrasjonen var variert. Som for M. thermophila acetate kinase, E. histolytica acetate kinase fulgt Michaelis-Menten-liknende kinetikk for acetyl fosfat og en hyperbolsk metning kurve ble observert (Figur 5). Den tilsynelatende K m verdi for acetyl fosfat var 0.50 ± 0,006 mmol / L. Reeves og Guthrie 15 fastsettes en K m verdi på 0,06 mmol / L for acetyl fosfat for den innfødte enzymet, hvordan noensinne, var deres enzymet bare delvis renset og deres assay involverte fire kopling enzymer som også var bare delvis renset. Dermed er det vanskelig å direkte sammenligne disse verdiene.
Protokoll Scheme
tp_upload/3474/3474fig1.jpg "/>
Figur 1. Protokoll Scheme

Figur 2. Acetyl fosfat standarder. Økende konsentrasjoner av acetyl fosfat ble det reagert med hydroksylamin og farge ble utviklet som beskrevet. Kontrollen mangler acetyl fosfat er lys gul, og reaksjoner som inneholder økende mengder av acetyl fosfat er suksessivt mørkere i fargen. Denne fargen endringen måles ved 540 nm.

Figur 3. Sample acetyl fosfat standardkurve. Varierende mengder acetyl fosfat ble det reagert med hydroksylamin og fargen utbyggingsløsning og absorbansen ble målt ved 540 nm. Absorbansen ved 540 nm versus μmoles acetyl fosfat var plottet og en lineær tilpasning til data som ble brukt. </ P>

Figur 4. Utnyttelse av acetyl fosfat fra ATP-produserende M. thermophila acetate kinase. Enzymatisk aktivitet ble bestemt i retning av acetat-formasjonen i nærvær av 5 mmol / L ADP med varierende konsentrasjoner av acetyl fosfat. Mengden av acetyl fosfat forbrukes ble fastsatt som differansen mellom start mengden av acetyl fosfat i reaksjonen og mengden acetyl fosfat som gjenstår etter den enzymatiske reaksjonen. Analysene ble utført i tre eksemplarer med feilfelt vist.

Figur 5. Utnyttelse av acetyl fosfat ved PP i-produserende E. histolytica acetate kinase. Enzymatisk aktivitet i retning av acetat formasjonen var bestemt i nærvær av 0.2 mol / l natrium fosfat med varierende konsentrasjoner av acetyl fosfat. Mengden av acetyl fosfat forbrukes ble fastsatt som differansen mellom start mengden av acetyl fosfat i reaksjonen og mengden acetyl fosfat som gjenstår etter den enzymatiske reaksjonen. Analysene ble utført i tre eksemplarer med feilfelt vist.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Påvisning av acetyl fosfat i denne analysen er avhengig av en tilstrekkelig konsentrasjon av hydroksylamin hydroklorid og konsentrasjon og surhet av Ferric klorid løsningen. Endring av analysen volum vil kreve ny vurdering av begge disse komponentene. Den enzymatiske reaksjoner som beskrives her ble utført ved 37 ° C med hydroksylamin oppsigelse utført ved 60 ° C i 5 minutter. Dette høyere temperatur er avgjørende for å tillate rask konvertering av de resterende acetyl fosfat til acetyl hydroxamate. Tidspunktet for farge utvikling trinnet og måling av absorbans er mindre kritisk, og kan utføres på så lite som 5 minutter og opp til 15 minutter etter tilsetting av hydroksylamin løsningen. Prøvene skal sentrifugeres før du leser absorbansen, som surhet av prøven kan føre til utfelling av enzymet og kan produsere falske høye verdien skyldes turbiditet snarere enn faktiske fargeendring.Fordeling av de utviklede reaksjonene vil begynne å skje etter 10-15 minutter.
Den primære komplikasjoner av denne analysen for å undersøke enzymkinetikk er bestemmelse av mengde av enzymet å bruke og hvor lang tid til å kjøre første steg av reaksjonen. Disse må bestemmes empirisk for hvert enzym slik at aktivitetsnivået er ikke så høyt at alle acetyl fosfat underlaget er fortært. Nøye oppmerksomhet bør gis til prosent acetyl fosfat forbruk for hver reaksjon punkt i en kinetisk kurve. Vanligvis bør lavere konsentrasjoner av de ulike komponenten på en kinetisk kurve resultere i acetyl fosfat forbruk opp til 90 prosent eller litt over, mens forbruket av acetyl fosfat ved mette underlaget konsentrasjoner bør nærme seg 10 prosent eller litt mindre. Når enzymet konsentrasjonen er optimalisert, kan underlaget utvalg for bestemmelse av kinetiske konstantene da bestemmes.
Porrige metoder for måling av acetat kinase aktivitet i acetat-forming retning involverte bruk av koblede analyser. Disse metodene er problematisk med hensyn til kinetiske beregninger på grunn av avhengighet av aktiviteten av koblingen enzym (e), hvis analysen forhold (pH, ionisk styrke, temperatur, etc.) kan være uforenlig med optimale analysen betingelsene for enzymet av interesse . I tillegg kan bruk av en direkte analyse for studier med hemmere unngå problemer som kan oppstå fra hemming av koblingen enzymer. Samlet sett bør denne analysen være nyttig ikke bare for acetate kinase, men for eventuelle enzym som bruker acetyl fosfat eller andre aktiveres kort kjede acyl underlag som acetyl-eller propionyl-CoA, propionyl fosfat, og acetyl-AMP, som alle er reaktive med hydroksylamin. I disse tilfeller vil standardkurven bli generert med riktig acyl underlaget i stedet for med acetyl fosfat.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Ingen interessekonflikter erklært.
Dette arbeidet ble støttet av NSF award # 0920274 og South Carolina Experiment Station Project (SC-1700340) til KSS. Dette papiret er tekniske bidrag nr. 5929 av Clemson University Experiment Station.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Acetyl phosphate | Sigma-Aldrich | 01409 | Lithium Salt (97% ) |
| Sodium phosphate monobasic (dehydrate) | Thermo Fisher Scientific, Inc. | S381 | |
| Sodium phosphate dibasic (anhydrous) | Thermo Fisher Scientific, Inc. | S374 | |
| Magnesium chloride (hexahydrate) | Thermo Fisher Scientific, Inc. | M33 | |
| Tris Base | Thermo Fisher Scientific, Inc. | B152 | |
| Ferric chloride (hexahydrate) | Thermo Fisher Scientific, Inc. | I88 | |
| Trichloroacetic acid | Thermo Fisher Scientific, Inc. | A324 | |
| Hydroxylamine hydrochloride | Thermo Fisher Scientific, Inc. | H330 | |
Adenosine 5’-diphosphate sodium salt |
Sigma-Aldrich | A2754 | |
| Biomate III Spectrophotometer | Thermo Fisher Scientific, Inc. | 142982082 | Standard UV/Vis spectrophotometer |