October 16th, 2017
介绍了以甘露聚糖为例, 用凝胶电泳 (佩斯) 对多糖进行结构分析的协议。
本实验的总体目标是表征植物细胞壁多糖。这种方法可以帮助我们回答植物细胞壁生物学领域的关键问题,包括葡甘露聚糖的结构和数量。这种技术的主要优点是不需要专门的培训或昂贵的设备。
通常,刚接触这种方法的人会难以解释凝胶,因此包含和理解所描述的所有对照至关重要。酒精和可溶性残留物或 AIR 先前由收获的植物材料制备,如文本方案中所述。称取 6 毫克 AIR 放入 15 毫升离心管中,加水至终浓度为 2 毫克/毫升。
涡流以实现均匀的悬架。将 500 μg 分装到微量离心管中。使用 30 摄氏度的真空离心机干燥等分试样过夜。
在室温下用 1 摩尔氢氧化钠预处理 AIR,包括用于无酶 AIR 对照的等分试样 1 小时。1 小时后,向每根试管中加入 200 微升水和 20 微升一摩尔盐酸,以中和氢氧化钠。取出 1 微升并将其点在纸质 pH 指示条上,测试 pH 值是否约为 6 到 7。
加入 50 μL 一摩尔乙酸铵缓冲液 pH 6.0,并向每管中加入总体积为 500 μL 的水。要开始此过程,请将预定量的甘露聚糖酶添加到 AIR 等分试样和缓冲液中。包括适当的阴性对照和阳性对照。
涡旋,然后短暂旋转以收集管底部的反应混合物。在 37 摄氏度下孵育,轻轻搅拌过夜。第二天,通过在 95 摄氏度下孵育 20 分钟来终止反应。
以最大速度离心 10 分钟。保存上清液,并将每个沉淀重悬于 250 微升水中。再次离心并保留上清液。
混合上清液,并在 30 摄氏度的真空离心机中干燥约 3 小时。在衍生化程序之前,请按照文本方案中的说明准备必要的试剂。将 0.2 摩尔 ANTS 的储备溶液加热至 60 摄氏度,以完全溶解固体。
向每个样品中加入 5 微升 ANTS、5 微升 2-吡啶-硼烷和 10 微升衍生化缓冲液。短暂旋转以聚集在管底部,彻底涡旋,然后再次短暂旋转。将样品在 37 摄氏度避光孵育过夜。
第二天,在 30 摄氏度的真空离心机中干燥样品约 2 小时。将每个样品重悬于低聚糖标准品和 100 μL 三摩尔尿素中。在零下 20 摄氏度下避光储存,直到需要。
凝胶浇注设备的组装将取决于品牌。对于本演示中使用的设备,一块凝胶相当于 50 毫升。在 50 毫升离心管中,混合 20.2 毫升水、5 毫升 10x PACE 缓冲液、24.6 毫升 40% 丙烯酰胺/双丙烯酰胺、200 微升 APS 和 20 微升 TEMED。
轻轻倒置混合,注意不要引入气泡。使用血清或其他大容量移液器将分离凝胶倒入玻璃板顶部以下约 4 厘米处。小心地用异丙醇覆盖凝胶。
让凝胶聚合 20 到 30 分钟。倒出顶层。使用吸墨纸擦干多余的液体。
接下来,制作堆积凝胶。在 15 毫升离心管中,混合 6.8 毫升水、1 毫升 10x PACE 缓冲液、2.8 毫升丙烯酰胺/双丙烯酰胺、80 微升 APS 和 8 微升 TEMED。倒置以混合,并覆盖在聚合分离胶的顶部。
轻轻插入梳子,避免气泡滞留在梳齿下。凝胶聚合后,将其包裹在湿纸巾中,然后用保鲜膜包裹,并在 4 摄氏度下储存,直到需要为止。为了帮助跟踪加载顺序并确定取出梳子后孔的位置,请使用永久性记号笔标记玻璃上的孔位置。
取下梳子。用 one-X PACE 缓冲液填充孔。使用 10 μL 微量注射器将 2 μL 标准品和样品装入孔中。
避免使用最外层的泳道,因为这些泳道往往使样品运行不佳,并在样品之间留有空泳道。组装凝胶电泳装置的上腔室,并将凝胶置于含有 one-X PACE 缓冲液的冷却电泳槽中。用 one-X PACE 缓冲液填充上腔室。
打开电源,在 200 伏特下运行凝胶 30 分钟。30 分钟后,将电压增加到 1, 000 伏,持续 1 小时 40 分钟。保护凝胶避光。
首先用湿润的无绒纸巾擦拭凝胶成像系统,以确保其无尘。从 PACE 电泳槽中取出凝胶,当凝胶仍在玻璃板中时短暂观察,以确定染料前沿是否仍在凝胶上。使用楔形工具打开凝胶,当凝胶仍在一个玻璃板上时,如果染料前沿仍在凝胶上,则使用披萨刀去除堆积凝胶和凝胶底部。
将大约 5 毫升水分配到透射仪的表面,然后将凝胶直接转移到透射仪上。使用该软件,将滤光片设置为 UV 605 并打开长波紫外透射仪。在不同的曝光时间拍摄多张图像,确保在图像之间关闭紫外线,以避免荧光降解。
确保至少两个图像没有饱和带。将文件存储为高分辨率 TIFF 图像。显示了细胞壁甘露聚糖含量的标准 PACE 测定的代表性凝胶。
泳道 1、2 和 3 显示了商业购买的寡糖阶梯,浓度分别为 5、10 和 50 皮摩尔。泳道 4 显示了魔芋葡甘露聚糖的甘露聚糖酶消化,在酶和缓冲盐存在下,魔芋葡甘露聚糖作为酶消化和衍生化反应的阳性对照。泳道 5 显示了野生型拟南芥茎的 PACE 指纹图谱。
泳道 6 显示了来自缺乏主要茎甘露聚糖合酶的拟南芥植物茎的 PACE 指纹图谱。与野生型相比,仅存在少量甘露聚糖,所有甘露聚糖酶衍生的寡糖的条带强度降低证明了这一点。泳道 10 显示了松木的 PACE 指纹图谱,其中含有半乳糖葡甘露聚糖,并且具有与拟南芥明显不同的释放寡糖模式。
泳道 7、8、9 和 11 是各种阴性对照,它们揭示了由星号标记的非特异性条带,应从分析中排除。看完这个视频后,您应该对如何使用 PACE 分析甘露聚糖的结构有了很好的了解。一旦掌握,该技术就可以使用不同的糖基水解酶应用于其他感兴趣的多糖。
我们已经成功地将这项技术应用于除拟南芥以外的许多其他植物物种,以及其他非植物物种,如酵母甘露聚糖。
本文介绍了一种使用凝胶电泳(PACE)进行多糖结构分析的协议,重点关注甘露聚糖。该方法旨在增强对植物细胞壁多糖及其特性的理解。
Structural characterization of plant cell wall polysaccharides like mannan supports target validation in agrochemical and bio-based material development by enabling mechanistic de-risking of enzyme-substrate interactions. The PACE method provides a low-barrier, reproducible approach for generating quantitative oligosaccharide fingerprints, facilitating assay development and lead identification in enzyme engineering pipelines. Its reliance on defined glycosyl hydrolases and fluorescent detection allows for scalable, cross-functional use in early discovery workflows where predictive confidence in polysaccharide modification is required.
The PACE method fits within the discovery continuum from target engagement to lead optimization, particularly in workflows requiring functional validation of carbohydrate-active enzymes or modulation of polysaccharide biosynthesis.