oksidatif dönüşümler için bir kofaktör - Biz hidrojen peroksidin ışık katalize nesil için bir protokol açıklar.
Method Article
oksidatif dönüşümler için bir kofaktör - Biz hidrojen peroksidin ışık katalize nesil için bir protokol açıklar.
Oksidoredüktazlar en çok uygulanan sanayi enzimlerin aittir. Yine de, onlar kimin arz genellikle masraflı ve zorlu dış elektronları gerekir. Elektron vericiler NADH veya NADPH geri dönüşümü ilave enzimler ve geçici alt tabakaların kullanımını gerektirir. İlginç bir şekilde, çok sayıda oksidoredüktazlar elektron vericisi olarak hidrojen peroksit kabul eder. ucuz olurken, bu reaktif, genellikle enzim stabilitesini azaltır. Bu soruna bir çözüm kofaktör in situ kuşaktır. Düşük konsantrasyonda kofaktör sürekli besleme enzim kararlılığını bozmadan reaksiyonu tahrik etmektedir. Bu çalışma için bir yöntem gösterir ışık katalize hema 'ya bağımlı yağlı asit dekarboksilaz olet JE, örneğin hidrojen peroksit in situ üretimi. Yağlı asit dekarboksilaz olet JE yağlı asitler, şimdiye kadar bilinmeyen bir enzimatik uzun zincirli 1-alkenler üretmek için benzersiz yeteneği nedeniyle keşfedilmiştirReaksiyon. 1-alkenler yaygın yumuşatıcı ve yağlar için katkı kullanılır. Olet JE oksidatif dekarboksilasyon hidrojen peroksit elektronları kabul gösterilmiştir. Hidrojen peroksit zarar kofaktör in situ olarak üretilmeleri, enzim ve düşük verim ile sonuçlanır eklenmesi, bu problemi aşılmaktadır bulunuyor. photobiocatalytic sistemi yağlı asit dekarboksilasyon için basit ve etkili bir sistem ile sonuçlanır enzim aktivitesi ve verimi ile ilgili açık avantajları gösterir.
iklim değişikliği ve yenilenebilir kaynakların öngörülebilir tükenmesi bizim toplum için ciddi bir tehdit oluşturmaktadır. Bu bağlamda, enzim kataliz sürdürülebilir gelişimi ve 'yeşil' kimya 1 için hala tam olarak istismar değil potansiyelini temsil eder. Oksiredüktazlar, hafif tepkiler koşullar altında bir giriş ve fonksiyonel grupların modifikasyonu katalize ve en önemli biyokatalizör 2'ye ait kapasitesine sahiptir. Çoğu redoks dönüşümler gibi NAD (P) H olarak kofaktör dış temini gerektirir. kofaktör rejenerasyonu için yöntemler endüstriyel ölçekte uygulanmıştır. Ancak, yine de değeri yüksek ürünlere çoğunlukla uygulama sınırlar yüksek işlem maliyetleri, yol açar. İlginçtir ki, birkaç peroksidazlar 3,4 ve P450 monooksijenazlar 5 sözde peroksit şant yoluyla hidrojen peroksit elektron kabul eder. H2O 2 ucuz bir ko-reajan iken, bildirildi harmf olduğubirçok enzim için ul. In situ formasyonu istikrarlı hidrojen peroksit, düşük konsantrasyonlarda, enzimin işlevsel stabilitesini bozmadan reaksiyonu için uygun bir yaklaşımdır.

Şekil Olet JE tarafından yağ asitlerinin photobiocatalytic dekarboksilasyonundan 1. Deneysel kurulum. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Kimyasal ve biyolojik süreçler için enerji kaynağı olarak ışık kullanımı son yıllarda 6 artan ilgi görüyordu. Hidrojen peroksit Işık tahrik üretimi redoks dönüşümleri (Şekil 1) hidrojen peroksit kaynağı için kolay ve sağlam bir yöntem olarak ortaya çıkmıştır. Bu adenin mon flavin edilen bir fotokatalizöronucleotide (FMN), sonra enzimatik reaksiyon için oxyfunctionalization kofaktör olarak kullanılan hidrojen peroksit, moleküler oksijenin azaltılması sağlar. Olası elektron vericiler etilendiamintetraasetik asit (EDTA), askorbat ya da ucuz formiat bulunmaktadır. Yöntem peroksidazlar 3,4 ve P450 monooksijenazların 5 olmak üzere 2 O 2 bağımlı enzimler, H genellikle uygulanabilir.
Son zamanlarda, olefinlerin 8'e doğal yağların dönüşümü için yeni bir bakteriyel dekarboksilaz 7 uygulanmasını araştırdık. Bu biyo-tabanlı bir kaynaktan gelen yaygın olarak kullanılan bir platform kimyasal sentezi için sürdürülebilir yolu olacaktır. Gram pozitif bir bakteridir Jeotgalicoccus sp dekarboksilaz olet JE. yağ asitlerinin oksidatif dekarboksilasyonunu katalize ve ürün 1-alkenler oluşturur. Olet JE yakından bakteriyel P450 monoksigenazlara ilgili ve f elektronları ihtiyacı varReaksiyon için ROM hidrojen peroksittir.
Ne yazık ki, alt tabaka ve enzimin bir çözeltisine, H2O 2 eklenmesi aktivasyonu nedeniyle olet JE stabilitesi üzerinde bir hidrojen peroksit, zararlı etkisi, düşük dönüşüm ve sonuçları bir zayıf bir yeniden üretilebilirlik ile sonuçlanmıştır. NADPH-redüktaz RhFred ile bir füzyon proteini üretilmesi NADPH yüksek fiyat ve düşük maliyetli bir rejenerasyonu için geçerli sınırlı olanakları daha ucuz elektron vericilerini bize araştırmak için istenir, Yine bir NADPH-bağımlı dekarboksilasyonu mümkün. 9 yaptı. P450 monooksijenazların ile olet JE benzerliği esinlenerek, biz H 2 O 2 ışık-katalize nesil kullanılır. Biz hücre içermeyen özleri veya saflaştırılmış enzim çözümlerini kullanarak (>% 95 kadar) yüksek dönüşüm elde etmek için memnun.
yağ asidi dekarboksilasyon örnek ile, ışık odaklı enzim için genel bir protokol mevcutkofaktör olarak fotokatalizör ve hidrojen peroksit gibi FMN kullanılarak problemlerle redoks dönüşümler. Sunulan yöntemler E. rekombinant hücrede enzim üretimini içerir E. coli, enzimin saflaştırılması, 1-alkenler sentezi ve reaksiyon ürünlerinin analizi için uygulanması.
Dikkat: Kullanmadan önce tüm ilgili malzeme güvenlik bilgi formlarını (MSDS) danışın. ve bu sentezlerde kullanılan kimyasalların çeşitli akut olarak toksik ve kanserojen. zararlı organik çözücüler, özellikle reaksiyon ürünlerinin çıkarma ve yağ asitlerinin türetme içeren tüm basamaklar kişisel koruyucu ekipman (koruyucu gözlük, eldiven, laboratuvar önlüğü, tam uzunlukta pantolon, kapalı-toe ayakkabıları kullanarak davlumbaz altında yapılmalıdır ). Bu çalışmada genetiği değiştirilmiş organizmalar içeren tüm işlemler emniyet seviyesi S1 genetiği değiştirilmiş organizmaların işlenmesi için onaylanan tesisler gerektirir.
E. Rekombinant Dekarboksilaz olet JE 1. Ekspresyon E. coli
2. Işık katalize Biyotransformasyon
Not: kalibrasyon faktörü türetilmiş maddeler ve bunlara karşılık gelen pik alanı, bilinen miktarlarda standart eğri hesaplama her bir alt-tabaka ve ürün bu sütun için özel olarak tespit edilmiştir. Reaksiyon karışımına, hidrojen peroksitin ilave dönüşümleri (<% 10) düşük-orta yol açtı, hidrojen peroksit in situ üretimi% 80 dönüşüme kadar dönüşüm yükselmiştir. GC / MS ile analiz yağ asitlerinden olefinler (Şekil 2) göstermektedir.

GC / MS ölçümleri için Şekil 2. (A), sıcaklık profili. 11.4 dakika sonra 1-heptadekeni elüsyon (B) Parmak izi. (C) 1-heptadekenin için gösterilen uç olefinler de örnek karakteristik ikincil CnH2n-1 fragman iyonları. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
reaksiyon, E. hücre içermeyen özütler, yüksek dönüşüm elde E. coli. Saflaştırılmış bir enzim çözeltisi enzim konsantrasyonu ve dönüşüm arasında net bir ilişki olduğunu göstermiştir. yüksek dönüşümlere ışık hasat molekülü FMN kurşun konsantrasyonunun artırılması. Ancak, daha fazla hidrojen peroksit miktarı yeterli mevcuttur ve bundan sınırlayıcı bir faktör olduğunu göstermektedir reaksiyonları etmeyi hızlandırmamıştır 10 mM Yukarıdaki konsantrasyonu arttırılmaktadır.
Yağlı asitlerin dekarboksilasyonu ek olarak, olet JE da β-konumunda bir hidroksilasyonu katalize eder. stearik asit çevrilmesinde, dekarboksilasyon hidroksilasyon üç kat daha hızlıdır. 0.5 mm'lik bir stearik asit çözeltisi ve 10 uM FMN kullanan tipik bir deneyde, alt-tabakanın% 99 oranında 1-heptadekenin ve 2-hidroksistearik asit karışımına dönüştürüldü3.3: 1 (Şekil 3) 8. Işık tahrik biyokataliz substrat spektrumunun bir araştırma ürün karışımı içindeki hidroksil-yağlı asitlerin nispi miktarı daha kısa zincir uzunluğuna sahip artarken daha asil zincirleri olan yağlı asitler, olet JE, tercihen, dekarboksilasyonu katalize gösterdi. miristik asit (C14) daha kısa yağ asitleri dekarboksilasyonu uygulanmadı.

Olet JE Şekil 3. Gaz kromatografik analizi 1-heptadekenin (8.4 dakika), α-hidroksi stearik asit (12.04 dk) β-hidroksi stearik asit (12.1 dk) içine stearik asit (11.15 dk) dekarboksilasyonunu aracılı. 2 saatlik bir zaman boyunca alınan numunelerden pik alanlarının değişimi gösterilmiştir. Vie için tıklayınızBu rakamın wa daha büyük bir versiyonu.
Şaşırtıcı bir şekilde, doymamış asitlerin (C18: 1d9 sis) oleik asit ve linoleik asit (C18: 2d9d12) cis çift bağlarının bükümlü konfigürasyon enzim verimli bir yapışma modu konaklayamayacağını belirten, alt-tabakalar olarak kabul edilmedi. Oleik asit (% 10) eklenmesi, aynı zamanda stearik asit dönüşümü engellemektedir. İlginçtir, stearik asit (C18: 1d9 trans) olet JE tarafından dönüştürülmüş, ancak daha sonra biraz daha düşük aktivite stearik asit ile oldu.
Hidrojen peroksit ışık güdümlü nesil peroxygenases 3 de dahil olmak üzere, bir dizi redoks dönüşümleri için uygulanan 10 kloroperoksidazlar ve P450 5 monooksijenazlar edilebilir. Bu kolay ve uygulanabilir bir yaklaşımdır. Uzun vadede, görünür ışığın kullanımı, enerji zengini reaksiyonlar için sürdürülebilir bir alternatif kimyasal dönüşümler için güneş ışığına, kullanmaya perspektif açıyor.
saflaştınlmış enzim veya hücre içermeyen özü ile uygulanabilir. ikincisi daha az maliyet ve çalışma gerektirir ise, ham ekstredeki küçük moleküller hafif katalize dönüşüm müdahale edebilir unutulmamalıdır. Bir pratik bir yaklaşım (a santrifüj filtre ünitesinde veya diyaliz santrifüj ile, örneğin) bir mikromembran bu küçük parçaların kaldırmaktır. ışık hasat molekülü FMN konsantrasyonu hidrojen peroksit konsantrasyonu belirlenir. affini bağlı olarakoksidoredüktazın Ty, bu konsantrasyon, enzimatik aktivitesi için belirleyicidir. Bir diğer önemli faktör gözden çıkarılabilir elektron verici EDTA konsantrasyonudur. En önemli parametre, Bununla birlikte, enzimin işlevsel stabilitesi ve aktivitedir.
yağlı asitlerin olefinization kimya endüstrisi için önemli bir mal ait olefinler halinde biyo bazlı yağ asitlerinin dönüştürülmesi için zarif bir reaksiyondur. Işık odaklı biyokatalitik dekarboksilasyon, oda sıcaklığında ve sürdürülebilirlik açısından net avantajlar sunmaktadır, nötr pH değerinde gerçekleştirilebilir.
Sonuçlarımız, hidrojen peroksit in situ üretimi yüksek bir dönüşüme yol enzim kararlılığını bozmadan kofaktör temini için bir strateji olduğunu göstermektedir. kofaktör rejenerasyonu için mevcut yöntemler tarım ürünleri veya benzin bazlı kimyasal maddeler kullanmayın. Işık odaklı reaksiyonlar yenilenebilir alternatif olarak ortaya çıkmaktadır. gelecekAraştırma ucuz moleküller tarafından kurban reaktif EDTA ikamesi için yöntemler adanmış olacaktır ve hafif hasat molekülü FMN miktarını azaltmak için.
Yazarlar, rekabet eden hiçbir finansal çıkarları olmadığını beyan ederler.
R.K. ve F.H., Marie-Sklodowska ITN Biocascades (Nr. 634200) kapsamındaki mali destek için AB komisyonu için minnettardır.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Kimyasallar< / güçlü > | |||
| Ampisilin | Sigma Aldrich | 69-52-3 | |
| Bradford reaktifi | Roth | K015.1 | |
| BSA | Sigma Aldrich | 90604-29-8 | |
| DMSO | Sigma Aldrich | 67-68-5 | |
| Etil asetat | Fisher Kimyasal | 141-78-6 | |
| Etilendiamintetraasetik asit (EDTA) | Roth | 8043.1 | |
| Riboflavin 5-monofosfat sodyum tuzu hidrat | Sigma Aldrich | 130-40-5 | |
| Hidroklorid asit% 37 | Sigma Aldrich | 7647-01-0 | |
| Hidrojen peroksit% 30 | Sigma Aldrich | 7722-84-1 | |
| ve delta; -Amino levulinik asit | Sigma Aldrich | 5451-09-2 | |
| N < / em > -Metil- N< / em> - (Trimetilsilil) trifloro asetamid (MSTFA) | Sigma Aldrich | 24589-78-4 | |
| Miristik asit >% 99 | Sigma Aldrich | 208-875-2 & nbsp; | |
| İmidazol | Sigma Aldrich | 288-32-4 | |
| Sodyum klorür | Fisher Chemical | 7647-14-5 | |
| Stearik asit >% 99 | Sigma Aldrich | 57-11-4 | |
| Tetrasiklin | Sigma Aldrich | 60-54-8 | |
| Tergitol | Sigma Aldrich | MFCD01779855 | |
| Tris (hidroksimetil) -aminometan | Sigma Aldrich | 77-86-1 | |
| < güçlü > Cihaz< / güçlü > | |||
| Kuluçka çalkalayıcı | G-25CK | New Brunswick Scientific | |
| Ecotron | Infors HT | ||
| Santrifüj | Labofuge 400R | Heraeus | |
| RC 5B Plus | Sorvall | ||
| Fresco 17 | Thermo Scientific | ||
| Santrifüj rotorları | SS34 | Sorvall | |
| SLA | Sorvall | ||
| Temiz tezgah | Envirco | Ceag Schirp Reinraum technik | |
| Sütun GC-FID | CP-Sil 5CB (30 m x 0,25 mm x 0,25 ve mikro; m) | Agilent Technologies | |
| Kolonu GC-MS | FactorFour Kılcal Kolon (VF-5 ms + 5 m EZ Koruma) | Varian | |
| GC-FID | GC-2010 plus | Shimadzu | |
| GC-MS | IST-40 | Varian | |
| Manyetik karıştırıcı | RCT klasik | IKA | |
| pH metre | SevenEasy | Mettler toledo | |
| Sonicator | Branson Sonifier 250 | Branson | |
| Spektral fotometre | FLUOstar Omega | BMG Labtech | |
| Equipment | |||
| Afinity kromatografi sütunu | His Pur Ni-NTA spin sütunu Thermo | Scientific | |
| Centricon | Vivaspin turbo 15 | VWR Uluslararası | |
| Mikrotitre plakaları | 96 İyi Çarpma® PCR Plakaları | Sarstedt |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission