Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Enzimatik Cascade reaksiyonlardan L-lizin Amino kiral alkoller sentezi için

11.6K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/56926

⸱

16 Şubat 2018

 ,  , 
1Génomique Métabolique, Genoscope, Institut François Jacob, CEA, CNRS, Univ Evry, Univ Paris-Saclay

Bu makalede

Özet

Kiral amino alkoller çok yönlü kullanım için iskele organik sentezinde moleküllerdir. L-lizin başlayarak, biz sentez amino alkoller-diastereoselective C-H oksidasyon karboksilik asit yan tarafından karşılık gelen hidroksil amino asitin bölünme ardından dioxygenase tarafından katalize birleştiren bir enzimatik cascade tepki bir dekarboksilaz.

Özet

Amino alkoller geniş bir uygulama yelpazesi ile çok yönlü bileşiklerdir. Örneğin, Organik sentez kiral iskele olarak kullanılmıştır. Onların sentez geleneksel organik kimya tarafından genellikle sıkıcı Multi-step sentez işlemlerle stereochemical sonucu zor kontrol gerektirir. Enzimatik synthetize amino alkoller hazır L-lizin 48 h dan başlayan bir iletişim kuralına tanıtacağız. Bu iletişim kuralı tarafından geleneksel Organik sentez yapmak çok zor olan iki kimyasal reaksiyonlar birleştirir. İlk adım, regio - ve diastereoselective oksidasyon lizin unactivated bir C-H bağı içinde yan zincir dioxygenase tarafından katalizlenir; regiodivergent dioxygenase tarafından katalize ikinci bir regio - ve diastereoselective oksidasyon 1,2-diols oluşumuna yol açabilir. Son adımda, karboksilik grubu Alfa amino asitin piridoksal-fosfat (PIP) dekarboksilaz (DC) tarafından i ciddi. Decarboxylative bu adımı yalnızca stereogenic hidroksi yerine merkezi bir beta/gama pozisyonda istinat amino asit, Alfa karbon etkiler. Elde edilen amino alkoller bu nedenle optik zenginleştirilmiş. Protokol dört amino alkoller semipreparative ölçekli sentezi başarıyla uygulandı. Tepkileri izleme yüksek performanslı sıvı Kromatografi (HPLC) tarafından derivatization sonra 1-fluoro-2,4-dinitrobenzene tarafından yapılmıştır. Basit arıtma katı fazlı ayıklama (SPE) tarafından tanınan mükemmel verimleri ile amino alkoller (%93 > % 95).

Giriş

Yararları biocatalysis tarafından sunulan rağmen sentetik yolları veya toplam biocatalytic yolları biocatalytic adımları Tümleştirme çoğunlukla enzimatik Kinetik çözünürlükleri için sınırlı kalır. Bu yolları asimetrik kemoterapi enzimatik sentez bir ilk adım olarak yaygın olarak kullanılmış olan ama biocatalysis fonksiyonel grup interconversions yüksek stereoselectivity1,2,3 ile çok daha fazla olanak sunuyor . Biocatalytic reaksiyonlar benzer koşullarda yapılmaktadır Ayrıca, bu nedenle cascade reaksiyonlar bir one-pot moda4,5' te gerçekleştirmek için uygun olduğu.

Kiral amino alkoller çok yönlü kullanım için yardımcı ya da Organik sentez6iskele olarak moleküllerdir. Amino alkol yan sık Sekonder metabolitler ve ilaç aktif maddeleri (API) bulunur. Birincil β-amino alkoller kiral γ-amino alkoller için kolayca karşılık gelen α-amino asitler konvansiyonel kimyasal sentez, ancak access tarafından kullanılabilir veya ikincil amino alkoller genellikle sıkıcı sentetik yolları ile birlikte duyarlı gerektirir Denetim stereokimya7,8,9,10. Onun yüksek stereoselectivity nedeniyle biocatalysis bu kiral yapı taşları11,12,13,14için üstün bir sentetik yol sağlayabilir.

Daha önce diastereoselective enzimatik prokollajen demir (II) dioxygenases tarafından katalize tarafından sentez, mono - ve di-hidroksi-L-lysines rapor / α-ketoacid-bağımlı Siklooksijenaz aile (αKAO) (Resim 1)15. Özellikle, L-lizin başlayarak, KDO1 dioxygenase (3S) - hidroksi türev (1), (4R) süre - tromboksan türev (2) KDO2 dioxygenase ile reaksiyonu tarafından oluşturulur. Art arda gelen regiodivergent hydroxylations KDO1 ve KDO2 tarafından kurşun oluşumu (3R, 4R) için - dihidroksi - L-lizin optik saf formu (3). Ancak, karboksilik asit yan pozisyonda α-amino grubu etkinliği16için gerekli olduğu gibi bu enzimler sınırlı substrat dizi onların büyük kullanımı basit aminler, prokollajen başta kimyasal sentez içinde engellemektedir.

figure-introduction-1
Şekil 1: L-lizin Biocatalytic dönüştürülme. Dönüşüm (3S) içine - hidroksi - L-lizin KDO1 dioxygenase tarafından; katalize (1) (4R) - hidroksi - L-lizin KDO2 dioxygenase tarafından; katalize (2) ve (3R, 4R) - dihidroksi - L-lizin (3) art arda sıralı tepki gittikçe KDO1 ve KDO2 dioxygenases tarafından katalize. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Decarboxylation metabolizma17ortak bir tepkidir. Özellikle, amino asit DCs (EC 4.1.1) kofaktör-ücretsiz (pyruvoyl bağlıdır) ya da PIP-bağımlı enzim ve bakteriler ve daha yüksek organizmaların18,19 ilgili polyamines içine decarboxylation amino asitlerin katalizler , 20 , 21 , 22. de mono - ve dihidroksi bileşikler (şekil 3) 4-7, 10-11 hydroxylated cadaverine, L-lizin decarboxylation tarafından elde edilen diamin karşılık gelir. Cadaverine kimya sanayî için önemli bir yapı taşı, özellikle bu poliamid ve poliüretan polimerlerin bir bileşendir. Bu nedenle, biyo-esaslı üretimini bu diamin yenilenebilir kaynaklardan gelen petrol bazlı rota alternatif olarak dikkat çekti ve çeşitli mikroorganizmalar bu amaç için tasarlanmış. Bu metabolik yollar, lizin DC (LDC) anahtar enzimdir. LDC alanin racemase (AR) yapısal aile23için ait PLP-bağımlı bir enzimdir. PIP-bağımlı DCs (PIP-DCs) yüksek substrat özgü olduğu bilinmektedir. Ancak, bazı enzimler hafif karışıklık, örneğin LDC Selenomonas rumirantium (LDCSrum), düşük olarak L-Ornitin ve L-lizin amino asitler doğru aktif varlık yeteneği kendi benzer Kinetik sabitler için sahip olduğu Lisin ve ornithine decarboxylation24,25. Bu genişletilmiş substrat özgüllüğü Bu enzim, mono - ve di-hidroksi-L-lizin decarboxylation için iyi bir aday yapar. Buna ek olarak, DCs etkin lizin Hidroksil türevleri doğru bulmak için biz αKAO enzimler kodlama genler genomik bağlamında inceledi. Nitekim, prokaryotik genleri enzimler aynı biyosentetik yolu dahil kodlama genler genellikle gen kümelerde co lokalizedir. KDO2 ( Chitinophaga pinensis)'dan gen sözde PLP-DC (Şekil 2) kodlama bir gen ile birlikte lokalize bulundu. Buna ek olarak, hiçbir gen DC için kodlama KDO1 dioxygenase genomik bağlamında analiz ederken bulundu. C. pinensis (DCCpin) PLP-DC protein bu nedenle cascade tepki decarboxylation adımında katalizler umut verici adayı olarak seçildi.

figure-introduction-2
Şekil 2: C. pinensisKDO2 geni genomik bağlamında. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Sonuç olarak, enzimatik cascade reaksiyonlar içeren dioxygenases ve DCs gelen amino asitler (şekil 3) Alifatik kiral β ve γ-amino alkoller sentezi elde etmek için tasarlanmış. Önceden bildirildiği gibi αKAO tarafından katalize C-H oksidasyon hidroksi yerine stereogenic Merkezi ile toplam diastereoselectivity tanıtır; Cβ/γ sembolik-ecek var olmak saklı içinde belgili tanımlık decarboxylative adım, amino asit yan16Cα karbon sadece etkileyen.

figure-introduction-3
Şekil 3: Retrosynthetic analiz. (A)Retrosynthesis β ve γ amino alkoller (R) - 1,5 - diaminopentan-2-ol, (4) (5R) - hidroksi - L-lizin ve (S) - 1,5 - diaminopentan-2-ol (5) ve 1,5-diaminopentan-3-ol (6) dan L-lizin. (B) Retrosynthesis - 1,5 - β, γ - ve β, δ-amino diols (2S, 3S) diaminopentane-2,3-diol (10) ve (2R, 4S) - 1,5 - diaminopentane-2,4-diol (11) (5R) başlangıç- hidroksi-L-lizin ve (2R, 3R) - 1,5 - diaminopentane-2,3-diol (7) L-lizin başlayarak. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

L-lizin ve onun (5R) başlayan-hidroksi Türev, biz burada rapor bir iki/üç adım, tek bir kap, enzimatik yordamı dioxygenases ve amino alkoller hedef almak için PIP-DCs birleştirerek. Önceden bir sentez hedef molekülleri laboratuvar ölçekte reaksiyon koşulları, örneğin, başlangıç malzemelerin; tam dönüşüm sağlamak için gerekli enzim konsantrasyonları ayarlamak için analitik ölçekte yöntem geliştirildi Biz bu yordamı de mevcut.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

1. enzim hazırlık

  1. Hızlı ve proteinler yukarıda açıklanan26arındırmak.
    Not: Aşağıdaki son konsantrasyonları ile rekombinant proteinler elde edilmiştir: αKAO Catenulispora acidiphila, UniProtKB kimliği üzerinden: C7QJ42 (KDO1), 1,35 mg/mL; C. pinensis, UniProtKB kimliği üzerinden αKAO: C7PLM6 (KDO2), 2.29 mg/mL; PIP-DCs dan S. rumirantium, UniProtKB kimliği: O50657 (LDCSrum), hücre ücretsiz ayıklamak toplam enzim, 12.44 mg/mL; PIP-DC C. pinensis, UniProtKB ID: C7PLM7 (DCCpin), 2.62 mg/mL.

2. çözümler hazırlanması

Not: Aşağıdaki çözümleri deiyonize suyla hazırlanır.

  1. 1 M HEPES tampon, pH 7.5 hazırlamak; ile 5 M NaOH ayarlayın.
    Not: pH ayarlama adım sırasında koruyucu eldiven, koruyucu giysiler, göz koruması ve yüz koruma (P280) giymek. (P305, P351, P338) gözlerle temas durumunda dikkatli birkaç dk. Kaldır kontakt lensler mümkünse için su ile durulayın. Durulama devam ve derhal bir zehir Merkezi veya doktor (P310) arayın. P kodu için önlem deyim başvurur (tehlike sınıf ve kategori; bakalım, örneğin, pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/ghs/).
  2. 100 mM L-lizin, 100 mM (5S) hazırlamak - hidroksi - L-lizin, 150 mM α-ketoglutaric asit, 100 mM sodyum askorbat, 10 mM amonyum iron(II) sülfat hekzahidrat (Mohr tuzu), 100 mM piridoksal 5-fosfat (PIP) ve 100 mM dithiothreitol (DTT).
  3. 1 2.1 açıklanan alanındakiyle aynı güvenlik talimatlarını takip M, 2 M ve 6 M % 37 HCl çözümden (approximatively 12 M çözüm), hidroklorik asit (HCl) hazırlayın.
    Not: α-ketoglutaric asit, sodyum askorbat ve amonyum iron(II) sülfat hekzahidrat çözümleri kullanım gününde taze yapılmalıdır. Lizin çözüm oda sıcaklığında birkaç ay depolanabilir. PIP çözüm 4 ° C'de bir ay boyunca saklanabilir DTT çözüm-20 ° C'de bir ay boyunca saklanabilir

3. analitik ölçek tepkiler

  1. Decarboxylation reaksiyon (5R) için yöntem geliştirme - hidroksi - L-lizin
    1. 1 M çözüm HEPES tampon pH 7.5 11 µL ekleyin (son konsantrasyonu 50 mM) 2 mL microtube için. Daha sonra 100 mm (5S) 22 µL ekleyin - hidroksi - L-lizin (son konsantrasyonu 10 mM), 2.2 µL 100 mm PIP (son konsantrasyonu 1 mM) ve 100 mm DTT 2.2 µL (son konsantrasyonu 1 mM).
      Not: LDCSrumile tepki söz konusu olduğunda, DTT eklenmesi gerekli değildir.
    2. Arıtılmış PLP-DC ekleyin (son konsantrasyonu 0.1 mg/mL). H2O için 220 µL son hacmi ile tamamlayın.
    3. 3 h için 300 rpm'de açık havada açık bir kapak ile oda sıcaklığında tepki karışımı sallayın.
      Not: tepki karışımı açık bir kapak ile açık havada sallayarak tepki medya iyi oxygenation sağlar. Bu nedenle oksijen tepki medya kabarcık gerek yoktur.
    4. 6. adımda açıklanan tepki izleme yordamına uygun olarak çözümlenmesi için tepki karışımı 10 µL toplamak. Örnekleri tercihen derivatized ve doğrudan örnekleme sonra analiz.
  2. PIP-DC tarafından katalize decarboxylation ile αKAO tarafından katalize bir prokollajen adım birleştirerek enzimatik cascade tepki için yöntem geliştirme
    1. 1 m HEPES tampon pH 7.5 11 µL ekleyin (son konsantrasyonu 50 mM) 2 mL microtube için. Sonra α-ketoglutaric asit 150 mm 22 µL ekleyin (son konsantrasyonu 15 mM), 5.5 µL sodyum askorbat 100 mm (son konsantrasyonu 2.5 mM), 22 µL Mohr 10 mm tuz (son konsantrasyonu 1 mM) ve 100 mm L-lizin, 22 µL (son konsantrasyonu 10 mM).
    2. H2O son hacmi çok 3.2.3. adımda eklenecek enzim çözüm hacmi dikkate alarak 220 µL için ile tamamlayın.
    3. Hedeflenen regioselectivity göre gerekli saf αKAO enzim ekleyin: prokollajen L-lizin C-4 konumunu için pozisyon C-3 veya KDO2 için KDO1. Arıtılmış enzim son konsantrasyonu (0,05-0,5 mg/mL) approximatively 3 h tam bir dönüşüm etkinleştirmek kararlıydı.
    4. 3 h için 300 rpm'de açık havada açık bir kapak ile oda sıcaklığında tepki karışımı sallayın.
    5. PIP 100 mm 2.2 µL eklemek (son konsantrasyonu ~ 1 mM) ve 2,2 µL DTT 100 mm (son konsantrasyonu ~ 1 mM).
      Not: LDCSrumile tepki söz konusu olduğunda, DTT eklenmesi gerekli değildir.
    6. 18 h: LDC tam dönüşüm sağlayan bir konsantrasyon arıtılmış PLP-DC ekleyinSrum 0.1 mg/mL KDO1 ve DCCpin 0,5 mg/mL için yaklaşık bir son konsantrasyonu, art arda sıralı reaksiyon için yaklaşık bir son konsantrasyonu, Art arda sıralı tepki ile KDO2.
    7. 18 h için 300 rpm'de açık havada açık bir kapak ile oda sıcaklığında tepki karışımı sallayın.
    8. Adım 3.1.4 olduğu gibi izleme yordamı çalıştırın.
  3. PIP-DC tarafından katalize decarboxylation ile αKAOs tarafından katalize iki prokollajen adım birleştirerek enzimatik cascade tepki için yöntem geliştirme
    1. Adımları 3.2.1-3.2.2 çalıştırın.
    2. KDO1 bir son konsantrasyonu olarak 0,05 mg/mL ekleyin. 3 h için 300 rpm'de açık havada açık bir kapak ile oda sıcaklığında tepki karışımı sallayın.
    3. KDO2 0,5 mg/mL, ilk tepki birimi kullanan hesaplanan bir yaklaşık son konsantrasyonu ekleyin. 18 h için 300 rpm'de açık havada açık bir kapak ile oda sıcaklığında tepki karışımı sallayın.
    4. Adım 3.2.5 çalıştırın.
    5. Arıtılmış PLP-DC DCCpin 0,5 mg/mL, ilk tepki birimi kullanan hesaplanan bir yaklaşık son konsantrasyonu ekleyin. 18 h için 300 rpm'de açık havada açık bir kapak ile oda sıcaklığında tepki karışımı sallayın.
    6. Adım 3.1.4 olduğu gibi izleme yordamı çalıştırın.

4. yarı partiye hazırlık One-pot Biocatalytic tepki

Not: Enzimatik reaksiyonları, L-lizin 0,1 mmol bir açık hava 250 mL cam Erlenmeyer şişeye 10 mL toplam hacmi için üzerinde yapılmaktadır.

  1. Monohydroxylated türevlerinin sentezi
    1. 1 M HEPES tampon, pH 7.5 0.5 mL ekleyin (son konsantrasyonu 50 mM) şişeye için. Sonra 1 mL 100 mM L-lizin ekleyin (son konsantrasyonu 10 mM), 1 mL 150 mM α-ketoglutaric asit (son konsantrasyonu 15 mM), 100 mM sodyum askorbat 0.25 mL (son konsantrasyonu 2.5 mM), ve 10 mM Mohr 1 mL tuz (son konsantrasyonu 1 mM).
    2. H2O için 10 mL, 4.1.3 adımda eklenecek enzim çözüm hacmi dikkate alarak son hacmi ile tamamlayın.
    3. Hedeflenen regioselectivity göre gerekli saf αKAO enzim ekleyin: 0,075 mg/mL pozisyonunda C-3 veya KDO2 0,5 mg/mL L-lizin C-4 konumunu için son bir konsantrasyon, prokollajen için son bir konsantrasyon, KDO1. Arıtılmış enzim son konsantrasyonu approximatively 3 h tam bir dönüşüm etkinleştirmek kararlıydı.
    4. Reaksiyon karışımı 300 rpm'de oda sıcaklığında uygun süresi için salla. Zaman reaksiyon izleme (adım 6 izleme Protokolü reaksiyon için ayrıntılı adımları çalıştırma) bir tamamlanmış prokollajen tepki gösterdiği, 4.1.5 adıma geçin. Tipik tepki süresi 3 h olduğunu.
    5. 100 mm PLP 100 µL αKAO reaksiyon karışıma ekleyin (son konsantrasyonu ~ 1 mM). Daha sonra 100 mm DTT 100 µL ekleyin (son konsantrasyonu ~ 1 mM), LDCSrumkullanırken hariç.
    6. Arıtılmış PLP-DC ekleyin: 0,05 mg/mL KDO1 veya KDO2 ile DCCpin 0,5 mg/mL cascade reaksiyon için yaklaşık bir son konsantrasyonu, art arda sıralı reaksiyon için yaklaşık bir son konsantrasyonu, LDCSrum .
    7. Oda sıcaklığında, 300 rpm, 18 h için tepki karışımı sallayın ve doğrudan adım 4.3 ayrıntılı adımları devam.
  2. Dihydroxylated türevi sentezi
    1. 1 M HEPES tampon, pH 7.5 0.5 mL ekleyin (son konsantrasyonu 50 mM), 100 mm L-lizin 1 mL (son konsantrasyonu 10 mM), 1 mL 150 mM α-ketoglutaric asit (son konsantrasyonu 15 mM), 100 mM sodyum askorbat 0.25 mL (son konsantrasyonu 2.5 mM) , ve 1 mL 10 mm Mohr tuzu (son konsantrasyonu 1 mM). H2O 10 ml 4.2.2 adımda eklenecek enzim çözüm hacmi dikkate alarak, son birim için ile tamamlayın.
    2. KDO1 0.075 mg/mL nihai bir konsantrasyon için ekleyin. 300 devirde uygun süre için oda sıcaklığında tepki karışımı sallayın.
    3. Zaman bir tamamlanmış prokollajen tepki gösterdiği tepki izleme (bkz. Adım 6 izleme Protokolü reaksiyon için) 4.2.5 adıma geçin. Tipik tepki süresi 3 h olduğunu.
    4. 1 mL 150 mM α-ketoglutaric asit ekleyin (son konsantrasyonu 15 mM), 100 mM sodyum askorbat 0.25 mL (son konsantrasyonu 2.5 mM), ve 10 mM Mohr 1 mL tuz (son konsantrasyonu 1 mM).
    5. KDO2 0,5 mg/mL, ilk tepki birim kullanılarak hesaplanan son yaklaşık bir konsantrasyon ekleyin. 18 h için 300 rpm'de oda sıcaklığında tepki karışımı sallayın.
    6. Zaman bir tamamlanmış dihydroxylation tepki gösterdiği tepki izleme (bkz. Adım 6 izleme Protokolü reaksiyon için) 4.2.7 adıma geçin. Tipik tepki süresi 18 h olduğunu.
    7. DTT 100 mm 100 µL ekleyin (son konsantrasyonu ~ 1 mM), LDCSrumkullanırken hariç.
    8. Saf DCCpin 0,5 mg/mL, ilk tepki birimi kullanan hesaplanan bir yaklaşık son konsantrasyonu ekleyin.
    9. 18 h için 300 rpm'de oda sıcaklığında tepki karışımı sallayın.
  3. Şoklama
    1. Tepki karışımı bir buz banyosu 250 mL cam Erlenmeyer flask yerleştirerek serin.
    2. Approximatively 1 dk, 0.25 mL 6 M HCL soğutmalı tepki karışımı el ile hafifçe sallayarak üzerinde dikkatle ekleyin. 2.1. adımda anlatılan alanındakiyle aynı alan emniyet talimatlarını izleyin.
    3. Asidik karışım içine 50 mL konik alt santrifüj tüpü Pasteur pipet donatılmış bir cam bir ampul ile kullanarak transfer sonra 1,680 x g ve 4 ° C'de 15 dakika, santrifüj kapasitesi.
    4. Süpernatant geri çekilin ve bir 250 mL yuvarlak alt şişeye bir kenara saklayın.
    5. Pelet içeren alt konik santrifüj tüpü 10 mL deiyonize su ekleyin. Girdap Pelet yeniden askıya almak için.
    6. Santrifüj 1,680 x g de, 4 ° C, 15 dakika.
    7. Süpernatant çekilme ve ilk süpernatant (Adım 4.3.4) içeren 250 mL yuvarlak alt şişe ekleyin.
    8. Girdap gibi sürekli el ile balonun daldırma içine sıvı nitrojen tarafından toplanan supernatants donma ve balonun hemen benchtop manifold dondurma çözdürme üzerinden malzeme önlemek için kurutma makinesi transfer.
    9. Freeze-drying işlemi (gece) tamamlandıktan sonra şişeye Donma kurutma makinesi kaldırın.

5. ham enzimatik reaksiyon karışımı gelen Amino alkoller saflaştırılması

  1. İyon değiştirme reçine
    1. Dondurulmuş ürün sulu 0.1 M HCL (approximatively 4 mL) minimum tutar dağıtılması katı parçacıkları artık çıplak gözle görünür hale gelene kadar.
    2. Atmosferik basınç 1 M HCl (4 sütun birimler) 0.1 takip eluting tarafından bir sülfonik asit fonksiyonel grubu ba * exchange reçine, 200-400 örgü, bir cam sütundaki (20 x 250 mm) durumu M HCl (4 sütun cilt; sütun Cilt 10 mL =).
    3. Örnek cam sütun 1.000 µL micropipette kullanarak duvarlarında reçine dikkatle üstündeki yükleyin. O zaman, ham ürün bulunan alt konik santrifüj tüpü durulama üç kez ile 1 mL 0.1 M HCl sulu çözüm yıkama ve sütun sonuçta elde edilen durulama birimlerini aynı şekilde yükleyin.
    4. Bir doğrusal olmayan ile elute gradyan: 4 sütun Cilt 0.1 m HCl, su, % 5 NH4OH, 4 sütun Cilt % 10 NH4OH, % 15 NH4Oh, % 20 NH4Oh 4 sütun Cilt 4 sütun Cilt 4 sütun Cilt 4 sütun cilt , 4 sütun cilt % 25 NH4OH ve son olarak 4 sütun cilt % 28 NH4OH.
    5. HPLC tarafından arıtma izlemek (bkz. Adım 6).
    6. Bileşik (NH4OH 20-%28) içeren kesirleri havuz ve adımları 4.3.8-4.3.9 içinde açıklandığı gibi şeytanibir.
      Not: İyon değiştirme sütun elüsyon nötralizasyon elüsyon su (approximatively 50 mL) 1 m HCL ile 50 mL eluting tarafından yenileme tarafından takip deiyonize su ile sonra yeniden kullanılabilir.
  2. SPE
    1. H3PO4/water (20 µL/mL) approximatively 2 ml dondurularak bileşik solubilize.
    2. Bir su pompası bir emme manifoldu üzerinde yer bir karma mod katyon değişim SPE 6 mL-kartuş bağlı. 4 mL metanol manifold tarafından sağlanan düşük basınç altında aracılığıyla çizerek kartuşu durumu. Kartuş PO4/water (20 µL/mL) / H3ile 4 mL çizerek equilibrate.
    3. Örnek cam sütun duvarlarında reçine üstündeki 1.000 µL micropipette kullanarak kartuş üzerine yük ve üç kez ile H3PO4/water (20 µL/mL) yıkama başına 0.75 mL ürün içeren flakon durulayın. Elde edilen durulama birimin sütuna aynı şekilde yükleyin.
    4. Manifold 4 mL % 2 tarafından sağlanan düşük basınç altında eluting tarafından kartuş yıkama HCOOH su, daha sonra 4 mL su ile. Gradyan NH4OH su ile elute (%4 NH4OH başlayan her elüsyon için 4 mL: % 10, % %15 %15 20 ve % 28).
    5. Arıtma HPLC tarafından her kesir izleme Protokolü 6. adımda açıklanan tepki göre analiz ederek izlemek. Ultraviyole (UV) Kromatografik göre saf istenen türev içeren tüm kesirler tutmak ve 5.2.6 adıma devam edin.
    6. İstenen içeren kesirleri 100 mL yuvarlak alt şişesi içine bileşik kesirler ile su içeren tüpler durulama ve durulama birim 100 mL için eklemek havuzu yuvarlak alt şişesi.
    7. 40 ° C'de bir termostat su banyosu su ısıtıcısı ile donatılmış ve bir vakum pompası 10 mbar ayarla bağlı döner Buharlaştırıcı kullanarak düşük basınç altında solvent kaldırın.
    8. Su en az bir hacim içinde katı solubilize ve çözüm ağırlığını 25 mL yuvarlak alt şişesi içine aktarın. Balonun en küçük birim su ile durulayın, durulama birim için 25 mL şişe ekleyin ve 5.2.9 adıma devam edin.
    9. Arıtılmış ürün tartmak ve verim hesaplayın.
    10. Katı parçacıkları artık çıplak gözle görünür hale gelene kadar 2 m HCL en küçük birim arıtılmış üründe dağıtılması ve adımları 4.3.8-4.3.9 içinde açıklandığı gibi şeytanibir.
      Not: Amino alkoller hassas bileşiklerdir ve onların hidroklorür tuzu tutulur.

6. tepki izleme ve ürün analizi

  1. Derivatization yüzeylerde ve ürünleri HPLC analiz önce
    Not: Yüzeylerde ve ürün aromatik türevleri onların UV Kromatografik detectivity artırmak için derivatized gerekiyor. Biz 1-fluoro-2,4-dinitrobenzene (DNFB) kullanılır. Her örnek hemen sonra derivatization HPLC enjekte ettiler.
    1. Enzimatik reaksiyon ve transfer 10 µL 1.5 mL microtube al. NaHCO3 sulu çözüm 0.25 m 10 µL, 100 µL etanol ve 2,5 mg/mL DNFB çözeltisi 30 µL etanol ekleyin.
    2. Microtube kapatın ve 1000 rpm'de 65 ° C'de 1 h için elde edilen çözüm sallamak. İle 10 µL gidermek 1 M HCL.
    3. 4 mm çap steril olmayan şırınga filtre 1 mL radarı kullanarak bir 0,22 µm gözenek boyutu hidrofilik polivinilidin florid (PVDF) membran ile filtre.
  2. Derivatized amino asitler ayıran özelliğine sahip herhangi bir sistemi kullanarak dioxygenase reaksiyon izleme yapmayı. Bu iletişim kuralı UV algılama amino asit tarafından dinitrobenzene (DNB) chromophore grup27derivatized içerir.
    1. HPLC ile C18 trimetil silyl endcapping ters faz olan bir sütun (5 µm, 3 x 150 mm) uygun.
    2. C18 sütun (30:70) eluent B ile equilibrate (MeCN + %0,1 TFA) için eluent A (H2O + %0,1 TFA) 1 mL/dk ve 35 ° C (approximatively 20 sütun birimlere karşılık gelen) 15dk için akış hızında.
    3. Derivatized reaksiyon karışımı 10 µL enjekte (bkz. Adım 6.1) HPLC C18 sütuna. MeCN, % 0,1 TFA/H2O ve % 0.1 karışımı kullanın TFA eluent doğrusal gradyan ile olarak (oranı 30:70 için 70:30 9 min, sıcaklık 35 ° C, Debi 1 mL/dk).
    4. 400 ayarla UV algılama özelliğini kullanmak nm Kromatografik sütun üzerinde eluted ürünleri analiz etmek. DNB-lizin genellikle yaklaşık 6.5 min, hydroxylated DNB-lizin yaklaşık 5.5 min, dihydroxylated DNB-lizin yaklaşık 4.2 min ve DNB-aminodiol civarında 5.3 min elutes.

7. NMR analizi arıtılmış Amino alkoller

  1. D2O saf amino alkoller dağıtılması (700 µL) ve çözüm için bir Nükleer manyetik rezonans (NMR) tüp transfer.
  2. 1H ve 13C NMR spectra göre uygun NMR tesis protokolleri28edinme.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Biz daha önce diastereoselective enzimatik prokollajen demir (II) dioxygenases tarafından katalize tarafından sentez, mono - ve di-hidroksi-L-lysines bildirdin / αKAO ailesi (şekil 1)16. PIP DC tarafından katalize bir decarboxylation adım ardından bir αKAO tarafından katalize bir ya da iki prokollajen adımları birleştiren burada anlatılan tüm cascades protokolü en iyi duruma getirmek için reaksiyon koşulları hem de gereksinimlerini kar...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Kiral amino alkoller ve türevleri uygulamalardan kiral benzerleri ilaç tedavisi için Organik sentez için geniş bir aralığı vardır. Amino alkoller tarafından geleneksel Organik sentez üretmek için multistep sentez çoktur, ama her zaman sıkıcı koruma/deprotection adımları ile birlikte stereokimya16hassas bir denetim nedeniyle etkili olmayabilir. Koruma/deprotection adımlarla dağıtır ve genellikle stereoselective son derece biocatalytic bir yaklaşım iyi bir alternatif temsil eder.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarlar ifşa gerek yok.

Teşekkürler

Yazarlar Véronique de Berardinis verimli tartışma ve Alain Perret, Christine Pellé ve Peggy Sirvain teknik destek için teşekkür ederiz.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
HEPESSigma AldrichH3375
L-lizin hidroklorürSigma AldrichL5626
(5 S< / em >) -hidroksi-L-lizinSigma AldrichGPS NONHDış kaynak
ve alfa;-ketoglutarik asitSigma Aldrich75892
Sodyum askorbatSigma AldrichA7631
Amonyum Demir (II) sülfat hekzahidratAcros201370250
Piridoksal fosfat (PLP)Sigma Aldrich82870
3,4-dimerkaptobütan-1,2-diol (DTT)Sigma AldrichD0632
1-floro-2,4-dinitrobenzen (DNFB)Sigma AldrichD1529
EtanolVWR20825.290
Sodyum hidrojen karbonatSigma Aldrich71631
HCl %37Sigma Aldrich435570
HCl 0.1MFluka35335
VWR83640.320Asetonitril HiPerSolv CHROMANORM
2,2,2-trifloroasetik asitVWR153112E
Amonyak %28VWR21182.294
LC-MSVWR83638.32
Formik asitAcros270480010
Fosforik asit %85Acros201145000
Döteryum oksitAcros320,710,075
NaOHSigma AldrichS5881
C18 HPLC sütunuPhenomenex00F-4601-Y0
Accela UHPLC SistemiThermoFisher Scientific
Accela PDA dedektörüThermoFisher Scientific
4mm şırınga filtreleri - 0,22&mikro; m - PVDFMerckSLGVR04NL
ml dereceli tek kullanımlık tüberkülin şırıngası, Luer ucuVWRHSWA5010.200V0
Katyon değişim reçinesi 100-200 & nbsp; ağSigma Aldrich217506
Karışık modlu katyon değişimli katı faz ekstraksiyon kartuşu 6 mLSular186000776
Ekstraksiyon manifolduSularWAT200609
Döner buharlaştırıcıBü chi531-0103
Liyofilizatör alfa 1-2 LDplusMesihL083302
Mikropipet 20 & mikro; LEppendorf3121000031
Mikropipet 100 & mikro; LEppendorf3121000074
Mikropipet 500 & mikro; LEppendorf3121000112
Mikropipet 1000 & mikro; LEppendorf3121000120
300 MHz spektrometreBruker
2 mL mikrotüpCLEARLineCL20.002.0500
50 mL konik tabanlı santrifüj tüpüFischer Scientific05-539-8
25 mL yuvarlak tabanlı şişe 14/23Fischer Scientific10353331
100 mL yuvarlak tabanlı şişe 29/32Fischer Scientific11786183
250 mL yuvarlak tabanlı şişe 29/32Fischer Scientific11786183
250 mL erlenmeyer şişesiFischerbrand15496143
kullanımı LC-MS içiniçin Metanol HiPerSolv CHROMANORM

Kaynaklar

  1. Nestl, B. M., Hammer, S. C., Nebel, B. A., Hauer, B. New Generation of Biocatalysts for Organic Synthesis. Ang. Chem. Int. Ed. 53 (12), 3070-3095 (2014).
  2. Reetz, M. T. Biocatalysis in Organic Chemistry and Biotechnology: Past, Present, and Future. J. Am. Chem. Soc. 135 (34), 12480-12496 (2013).
  3. Turner, N. J., O'Reilly, E. Biocatalytic retrosynthesis. Nat. Chem. Biol. 9 (5), 285-288 (2013).
  4. Oroz-Guinea, I., Garcia-Junceda, E. Enzyme catalysed tandem reactions. Curr. Opin. Chem. Biol. 17 (2), 236-249 (2013).
  5. Ricca, E., Brucher, B., Schrittwieser, J. H. Multi-Enzymatic Cascade Reactions: Overview and Perspectives. Adv. Syn. Catal. 353 (13), 2239-2262 (2011).
  6. Ager, D. J., Prakash, I., Schaad, D. R. 1,2-Amino Alcohols and Their Heterocyclic Derivatives as Chiral Auxiliaries in Asymmetric Synthesis. Chem. Rev. 96 (2), 835-876 (1996).
  7. Abiko, A., Masamune, S. An improved, convenient procedure for reduction of amino acids to aminoalcohols: Use of NaBH4-H2SO4. Tet. Lett. 33 (38), 5517-5518 (1992).
  8. McKennon, M. J., Meyers, A. I., Drauz, K., Schwarm, M. A convenient reduction of amino acids and their derivatives. J. Org. Chem. 58 (13), 3568-3571 (1993).
  9. Singh, P., Samanta, K., Das, S. K., Panda, G. Amino acid chirons: a tool for asymmetric synthesis of heterocycles. Org. Biomol. Chem. 12 (33), 6297-6339 (2014).
  10. Colomer, I., et al. Aminomethylhydroxylation of alkenes: Exploitation in the synthesis of scaffolds for small molecule libraries. Bioorg. Med. Chem. 23 (11), 2736-2740 (2015).
  11. Steinreiber, J., et al. Synthesis of Aromatic 1,2-Amino Alcohols Utilizing a Bienzymatic Dynamic Kinetic Asymmetric Transformation. Adv. Syn. Catal. 349 (8-9), 1379-1386 (2007).
  12. Steinreiber, J., et al. Overcoming Thermodynamic and Kinetic Limitations of Aldolase-Catalyzed Reactions by Applying Multienzymatic Dynamic Kinetic Asymmetric Transformations. Ang. Chem. Int. Ed. 46 (10), 1624-1626 (2007).
  13. Kohls, H., et al. Selective Access to All Four Diastereomers of a 1,3-Amino Alcohol by Combination of a Keto Reductase- and an Amine Transaminase-Catalysed Reaction. Adv. Syn. Catal. 357 (8), 1808-1814 (2015).
  14. Sehl, T., Maugeri, Z., Rother, D. Multi-step synthesis strategies towards 1,2-amino alcohols with special emphasis on phenylpropanolamines. J. Mol. Cat. B: Enzymatic. 114 (0), 65-71 (2015).
  15. Martinez, S., Hausinger, R. P. Catalytic Mechanisms of Fe(II)- and 2-Oxoglutarate-dependent Oxygenases. J. Biol. Chem. 290 (34), 20702-20711 (2015).
  16. Baud, D., et al. Synthesis of Mono‐and Dihydroxylated Amino Acids with New α‐Ketoglutarate‐Dependent Dioxygenases: Biocatalytic Oxidation of C-H Bonds. ChemCatChem. , (2014).
  17. Suzuki, H., Kurihara, S. Ch. 4. Polyamines. Kusano, T., Suzuki, H. 4, Springer Japan. 47-59 (2015).
  18. Kind, S., Wittmann, C. Bio-based production of the platform chemical 1,5-diaminopentane. Appl. Microbiol. Biotechnol. 91 (5), 1287-1296 (2011).
  19. Schneider, J., Wendisch, V. F. Biotechnological production of polyamines by bacteria: recent achievements and future perspectives. Appl. Microbiol. Biotechnol. 91 (1), 17-30 (2011).
  20. Qian, Z. -G., Xia, X. -X., Lee, S. Y. Metabolic engineering of Escherichia coli for the production of cadaverine: A five carbon diamine. Biotechnol. Bioeng. 108 (1), 93-103 (2011).
  21. Shin, J. H., Lee, S. Y. Metabolic engineering of microorganisms for the production of L-arginine and its derivatives. Microb. Cell. Fact. 13, (2014).
  22. Nguyen, A., Schneider, J., Reddy, G., Wendisch, V. Fermentative Production of the Diamine Putrescine: System Metabolic Engineering of Corynebacterium Glutamicum. Metabolites. 5 (2), 211(2015).
  23. Kidron, H., Repo, S., Johnson, M. S., Salminen, T. A. Functional Classification of Amino Acid Decarboxylases from the Alanine Racemase Structural Family by Phylogenetic Studies. Mol. Biol. Evol. 24 (1), 79-89 (2007).
  24. Takatsuka, Y., Onoda, M., Sugiyama, T., Muramoto, K., Tomita, T., Kamio, Y. Novel Characteristics of Selenomonas ruminantium Lysine Decarboxylase Capable of Decarboxylating Both L-Lysine and L-Ornithine. Biosci. Biotechnol. Biochem. 63 (6), 1063-1069 (1999).
  25. Takatsuka, Y., Tomita, T., Kamio, Y. Identification of the Amino Acid Residues Conferring Substrate Specificity upon Selenomonas ruminantium Lysine Decarboxylase. Biosci. Biotechnol. Biochem. 63 (10), 1843-1846 (1999).
  26. Baud, D., et al. Biocatalytic Approaches towards the Synthesis of Chiral Amino Alcohols from Lysine: Cascade Reactions Combining alpha-Keto Acid Oxygenase Hydroxylation with Pyridoxal Phosphate- Dependent Decarboxylation. Adv. Syn. Catal. 359 (9), 1563-1569 (2017).
  27. Ilisz, I., Berkecz, R., Peter, A. Application of chiral derivatizing agents in the high-performance liquid chromatographic separation of amino acid enantiomers: a review. J. Pharm. Biomed. Anal. 47 (1), 1-15 (2008).
  28. JoVE Science Education Database. Organic Chemistry. Nuclear Magnetic Resonance (NMR) Spectroscopy. , Cambridge, MA. Available from: https://www.jove.com/science-education/5680/nuclear-magnetic-resonance-nmr-spectroscopy (2017).
  29. Hibi, M., Ogawa, J. Characteristics and biotechnology applications of aliphatic amino acid hydroxylases belonging to the Fe(II)/alpha-ketoglutarate-dependent dioxygenase superfamily. Appl. Microbiol. Biotechnol. 98 (9), 3869-3876 (2014).
  30. Hüttel, W. Biocatalytic Production of Chemical Building Blocks in Technical Scale with α-Ketoglutarate-Dependent Dioxygenases. Chem. Ing. Tec. 85 (6), 809-817 (2013).
  31. Kourist, R., Guterl, J. -K., Miyamoto, K., Sieber, V. Enzymatic Decarboxylation-An Emerging Reaction for Chemicals Production from Renewable Resources. ChemCatChem. 6 (3), 689-701 (2014).
  32. Lee, J., Michael, A. J., Martynowski, D., Goldsmith, E. J., Phillips, M. A. Phylogenetic diversity and the structural basis of substrate specificity in the beta/alpha-barrel fold basic amino acid decarboxylases. J. Biol. Chem. 282 (37), 27115-27125 (2007).
  33. Porter, J. L., Rusli, R. A., Ollis, D. L. Directed Evolution of Enzymes for Industrial Biocatalysis. ChemBiochem. 17 (3), 197-203 (2016).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

L-lizin SenteziDioksijenaz KataliziPLP DekarboksilazHPLC İzlemeKatı Faz EkstraksiyonuEnzimatik SaflaştırmaRegiyo- ve Diastereoselektif OksidasyonDondurarak Kurutma İşlemi
Enzimatik Cascade reaksiyonlardan L-lizin Amino kiral alkoller sentezi için
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.