A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
نقدم طريقة مفيدة للتوليف الأنزيمي على نطاق واسع وتنقية enantiomers محددة وregioisomers من ايبوكسيدات حمض الأراشيدونيك (AA)، وحمض الدوكوساهيكسانويك (DHA)، وحمض eicosapentaenoic (EPA) مع استخدام السيتوكروم البكتيرية P450 انزيم (BM3).
الأيض epoxidized من مختلف الأحماض الدهنية غير المشبعة (PUFAs)، يطلق عليها الأحماض الدهنية الايبوكسي، لديها مجموعة واسعة من الأدوار في علم وظائف الأعضاء البشرية. يتم إنتاج هذه الأيض الذاتية من قبل فئة P450 السيتوكروم من الإنزيمات. بسبب آثارها البيولوجية المتنوعة والقوية، هناك اهتمام كبير في دراسة هذه الأيض. تحديد الأدوار الفريدة لهذه الأيض في الجسم مهمة صعبة, كما يجب أولاً الحصول على الأحماض الدهنية الايبوكسي بكميات كبيرة وعالية النقاء. الحصول على مركبات من المصادر الطبيعية غالباً ما تكون كثيفة العمالة، وثنائي أكسيد الذوبان (sEH) بسرعة hydrolyze الأيض. من ناحية أخرى، الحصول على هذه الأيض عن طريق التفاعلات الكيميائية غير فعالة للغاية، وذلك بسبب صعوبة الحصول على regioisomers النقي وenantiomers، وانخفاض الغلة، وواسعة النطاق (ومكلفة) تنقية. هنا، نقدم تخليق الأنزيمية كفاءةمن 19 (S)، 20 (R) - و 16 (S)، 17 (R) - الأحماض الايبوكسي (R)-الايبوكسيدوسابنتانويك (EDPs) من إدارة الشؤون الإنسانية عن طريق الايبكسيد مع BM3، وهو إنزيم CYP450 البكتيرية معزولة أصلا من عصية megaterium (التي يتم التعبير عنها بسهولة في القولونية الإشريكية). يتم إجراء التوصيف وتحديد النقاء باستخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي (NMR)، والكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC)، والقياس الطيفي الكتلي (MS). يوضح هذا الإجراء فوائد التوليف الأنزيمي للأيضات الايبوكسي PUFA، وينطبق على الايبوكسيال الايبوكسي الأحماض الدهنية الأخرى، بما في ذلك حمض الأراشيدونيك (AA) وحمض eicosapentaenoic (EPA) لإنتاج الايبوكسيكوساتينويك المماثل الأحماض (EETs) وأحماض الايبوكسيكوساتراتينويك (EEQs)، على التوالي.
كما نمت الاهتمام في الدور الذي الأحماض الدهنية غير المشبعة (وخاصة أوميغا 3 وأوميغا 6 الأحماض الدهنية غير المشبعة) في البيولوجيا البشرية في السنوات الأخيرة، وقد أحاط الباحثون علما مجموعة واسعة من الفوائد الجذابة التي الأيض بهم المعرض. على وجه الخصوص، الأيض الأحماض الدهنية الايبوكسي التي تنتجها فئة P450 السيتوكروم من الإنزيمات كانت نقطة تركيز كبيرة. على سبيل المثال، تلعب العديد من الايبوكسيات الايبوكسية ، بما في ذلك الأحماض الايبوكسيكوساترينيويك (EETs) ، الأحماض الايبوكسيدوسابنتينويك (EDPs) وأحماض الايبوكسيكوساتراتينويك (EEQs) ، دورا حاسما في تنظيم ضغط الدم والتهاب1،2 , 3 , 4 , 5. ومن المثير للاهتمام، ومن المعروف أن enantiomers محددة وregioisomers من أأ وإيبوكسيدات وكالة حماية البيئة أن لها آثار متفاوتة على مضيق الأوعية6،7. في حين تم توثيق الآثار الفسيولوجية للأنانتيومرات وregioisomers من EETs وEEJs، لا يعرف سوى القليل عن تأثير الأحماض الايبوكسي الايبوكسية المماثلة (EDPs) التي تشكلت من إدارة الشؤون الإنسانية. الاستخدام الواسع النطاق لزيت السمك8، وهو غني في كل من وكالة حماية البيئة وإدارة الشؤون الإنسانية ، كما أثار الاهتمام في EDPs9. ويعتقد أن فوائد هذه المكملات الغذائية جزئيا بسبب نواتج الأيض DHA المصب (16,17-EDP و 19,20-EDP كونها الأكثر وفرة) لأنه في مستويات الجسم الحي من EDPs تنسيق جيد جدا مع كمية من إدارة الشؤون الإنسانية في النظام الغذائي10, 11.
وقد ثبت دراسة آليات وأهداف هذه الأحماض الدهنية الايبوكسي من قبل الميتابولوميك، البيولوجيا الكيميائية، وغيرها من الأساليب تحديا، ويرجع ذلك جزئيا إلى أنها موجودة كخليط من regio- وستيريو الايزومرات، وطريقة للحصول على كميات نقية من مطلوب انانتيومرات وregioisomers. وقد ثبت أن الوسائل التقليدية لتوليف هذه المركبات كيميائيا غير فعالة. استخدام peroxyacids مثل حمض ميتاكلوروبروكسي بنزويك للإبكسيدات له العديد من العيوب، ولا سيما عدم الانتقائية إبكسيدون، مما يتطلب تنقية مكلفة ومضنية من regioisomers الفردية وenantiomers. التوليف الكلي للإدارة ووكالة حماية البيئة المستقلات ممكن, ولكن يعاني أيضا من العيوب التي تجعل من غير العملي لتركيب على نطاق واسع مثل ارتفاع التكاليف وانخفاض الغلة12,13. يمكن تحقيق كفاءة الإنتاج العام مع التوليف الأنزيمي، كما ردود الفعل الأنزيمية هي regio- وstereoselective14. تظهر الدراسات أن الايبكسيد الأنزيمي لAA وEPA (مع BM3) هو على حد سواء regioselective وenantioselective15،16،17،18، ولكن هذا الإجراء لم يتم اختباره مع إدارة الشؤون الإنسانية ، أو على كبير نطاق. وكان الهدف العام من أسلوبنا لتوسيع وتحسين هذا الايبوكسيد chemoenzymatic لإنتاج كميات كبيرة بسرعة من الأحماض الدهنية الايبوكسي النقية كما enantiomers الفردية الخاصة بهم. باستخدام الطريقة المعروضة هنا، والباحثين الوصول إلى استراتيجية بسيطة وفعالة من حيث التكلفة لتركيب EDPs وغيرها من الأيض الايبوكسي بوفا.
تحذير: يرجى الرجوع إلى جميع أوراق بيانات سلامة المواد ذات الصلة قبل استخدام المواد الكيميائية المدرجة.
1. التعبير عن البرية من نوع BM3
2. تنقية BM3.
3. الايبأكسد من إدارة الشؤون الإنسانية من BM3
4. استخراج EDPs
5. استراتيشن من EDPs،فصل 16 (S)، 17 (R) - و 19 (S)، 20 (R)-EDP، وتصبب من استرات
تحذير: ثلاثي ميثيل سيلديازوميثان (TMS-ديازوميثان) سام جداً عن طريق كل من الاتصال والاستنشاق. استخدم فقط في غطاء الدخان مع معدات الحماية الشخصية المناسبة.
ويرد في الشكل 1كروماتوغرام عمود الفلاش (الذي يتم تنفيذه باستخدام نظام تنقية الفلاش الآلي كما هو موضح أدناه) عند تنقية الخليط الخام من الأيبكسيد الأنزيمي . بعد استراتيشن وفصل regioisomers، نقية16 (S)، 17 (R)-EDP و 19 (S)، 20 (R) - EDP تم الحصول على استرات الميثيل....
نحن نقدم هنا طريقة بسيطة وفعالة من حيث التكلفة من الناحية التشغيلية لإعداد اثنين من الأيض الايبوكسي الأكثر وفرة من إدارة الشؤون الإنسانية - 19،20 و 16،17-EDP. هذه الأحماض الدهنية الايبوكسي يمكن إعدادها في enantiopure للغاية (كما S، R-isomers) باستخدام الإنزيم BM3 من نوع البرية. ويرد أدناه وصف العديد من ...
وليس لدى أصحاب البلاغ أي تضارب في المصالح للكشف عنه.
ويمول هذا العمل من قبل R00 ES024806 (المعاهد الوطنية للصحة)، DMS-1761320 (المؤسسة الوطنية للعلوم) وصناديق بدء التشغيل من جامعة ولاية ميشيغان. يرغب المؤلفون في شكر الدكتور جون يانغ (جامعة كاليفورنيا في ديفيس) ولاليتا كرشالا (جامعة ولاية ميتشيغان) على مساعدتهم في تحسين التفاعل الأنزيمي، والدكتور توني شيلميلر (مرفق قياس الطيف الكتلي وMetabolomics) للحصول على المساعدة في الحصول على بيانات إدارة الموارد البشرية.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Ammonium Bicarbonate | Sigma | 9830 | NA |
Ampicillin | GoldBio | A30125 | NA |
Anhydrous magnesium sulfate | Fisher Scientific | M65-3 | NA |
Anhydrous methanol | Sigma-Aldrich | 322515 | NA |
Anhydrous sodium sulfate | Fisher Scientific | S421-500 | NA |
Anhydrous toluene | Sigma-Aldrich | 244511 | NA |
Arachidonic Acid (AA) | Nu-Chek Prep | U-71A | Air-sensitive. |
Diethyl Ether | Sigma | 296082 | NA |
DMSO (molecular biology grade) | Sigma-Aldrich | D8418 | NA |
Docosahexaenoic Acid (DHA) | Nu-Chek Prep | U-84A | Air-sensitive. |
EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) | Invitrogen | 15576028 | NA |
Eicosapentaenoic Acid (EPA) | Nu-Chek Prep | U-99A | Air-sensitive. |
Ethyl acetate | Sigma | 34858 | NA |
Flash column cartridges 25, 40, 4, 12 g sizes | Fisher Scientific | 145170203, 145154064, 5170200 | Alternatively, conventional column chromatography can be used |
Formic acid (HPLC Grade) | J.T. Baker | 0128-01 | NA |
Glycerol | Sigma | G7757 | NA |
Hexanes | VWR | BDH24575 | NA |
LB Broth | Sigma | L3022 | NA |
Lithium hydroxide | Sigma-Aldrich | 442410 | NA |
Magnesium chloride | Fisher Scientific | 2444-01 | NA |
Methanol (HPLC grade) | Sigma-Aldrich | 34860-41-R | NA |
NADPH Tetrasodium Salt | Sigma-Aldrich | 481973 | Air-sensitive. |
Oxalic acid | Sigma-Aldrich | 194131 | NA |
pBS-BM3 transfected DH5α E. coli | NA | NA | NA |
PMSF (phenylmethanesulfonyl fluoride) | Sigma | P7626 | Toxic! |
Potassium Permanganate | Sigma-Aldrich | 223468 | For TLC staining. |
Potassium phosphate dibasic | Sigma | 795496 | NA |
Potassium phosphate monobasic | Sigma | 795488 | NA |
Q Sepharose Fast Flow resin (GE Healthcare life sciences) | Fisher Scientific | 17-0515-01 | For anion exchange purification of enzyme |
Sodium Chloride | Sigma | 71376 | NA |
Tetrahydrofuran, anhydrous | Sigma-Aldrich | 186562 | NA |
TMS-Diazomethane (2.0 M in hexanes) | Sigma-Aldrich | 362832 | Very toxic. |
Tris-HCl | GoldBio | T-400 | NA |
Also necessary: | |||
Automatic flash purification system (we used a Buchi Reveleris X2) | Buchi | ||
C18 HPLC column (Zorbax Eclipse XDB-C18) | Agilent | ||
Centrifuge capable of 10,000 x g | |||
Chiral HPLC Column (Lux cellulose-3), 250 x 4.6 mm, 5 µM, 1000 Å) | Phenomenex | ||
General chemistry supplies: a 2 L separatory funnel, beakers and Erlenmeyer flasks with 1000-2000 L capacity, 20 mL vials, HPLC vials, small round-bottomed flasks and stir-bars. | |||
HPLC (we use a Shimadzu Prominence LC-20AT analytical pump and SPD-20A UV-vis detector | Shimadzu | ||
Nanodrop 2000 Spectrophotometer | Thermo-Fisher Scientific | ||
NMR | NMR: Agilent DD2 spectrometer (500 MHz) | ||
Rotary evaporator | Buchi | ||
Sonic dismembrator or ultrasonic homogenizer | Cole-Parmer |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved