Method Article
אנו מתארים את השימוש של המכשיר הפסיקה זרימת לחקור הן את רדוקטיביים ו חמצוני חצאי תגובות אספרגילוס fumigatus Siderophore (Sida), monooxygenase פלבין תלוי. לאחר מכן, אנו מציגים את הספקטרום המתאים המינים בתגובה של Sida ואנחנו לחשב את קבוע קצב עבור היווצרותם.
Aspergillus fumigatus siderophore (Sida) הוא monooxygenase FAD המכיל המזרז hydroxylation של ornithine ב ביוסינתזה של siderophores hydroxamate החיוניים ארסיות (למשל ferricrocin או נ ', נ', נ'' ', triacetylfusarinine C) 1. התגובה catalyzed ידי Sida ניתן לחלק רדוקטיביים ו חמצוני למוצרי תגובות וחצי (ערכת 1). רדוקטיבי חצי תגובה, FAD חמצון חייב Sida F, הוא מופחת על ידי NADPH 2,3. ב חמצוני חצי תגובה , cofactor מופחת מגיב עם חמצן מולקולרי כדי ליצור C4a-hydroperoxyflavin ביניים, אשר מעבירה אטום חמצן ornithine. כאן אנו מתארים הליך למדוד את שיעורי וכדי לזהות את הצורות השונות של הספקטרום Sida באמצעות מכשיר הפסיקה זרימת מותקן תא הכפפות אנאירובי. ב-מכשיר הפסיק לזרום, כמויות קטנות של המגיבים הם במהירות מעורבת, ואחרי זרימה הוא נעצר על ידי המזרק ה stop (איור 1), השינויים הרפאים של הפתרון ממוקם בתא המדידה נרשמות לאורך זמן. בחלק הראשון של הניסוי, אנו מראים כיצד ניתן להשתמש במכשיר הפסיק זרימת במצב אחד, שבו הפחתת אנאירובי של פלבין ב Sida F על ידי NADPH נמדד באופן ישיר. לאחר מכן להשתמש בהגדרות ערבוב כפול שבו Sida F מצטמצם 1 anaerobically ידי NADPH עבור פרק זמן מוגדר של זמן בלולאה ההזדקנות, ולאחר מכן הגיבו עם חמצן מולקולרי בתא המדידה (איור 1). על מנת לבצע את הניסוי הזה, מאגרים אנאירוביים נחוצים משום שכאשר רק רדוקטיבי חצי התגובה פיקוח, כל החמצן הפתרונות יגיב עם cofactor פלבין מופחת וליצור C4a-hydroperoxyflavin ביניים אשר בסופו של דבר להירקב בחזרה פלבין חמצון . זו לא תאפשר למשתמש למדוד במדויק את קצב הפחתת מאז לא תהיה תחלופה מלאה של enzyme. כאשר חמצון וחצי תגובת נחקרת האנזים חייב להיות מופחת בהיעדר חמצן כך רק את הצעדים בין הפחתת חמצון הם נצפו. אחד מאגרים המשמשים בניסוי זה הוא רווי חמצן, כדי שנוכל ללמוד חמצוני חצי תגובה על ריכוזים גבוהים יותר של חמצן. אלה הם לעתים קרובות את ההליכים שבוצעו כאשר לומדים בין אם את רדוקטיביים או חמצוני למוצרי תגובות וחצי עם פלבין המכילים monooxygenases. טווח הזמן של טרום היציב ניסויים שבוצעו עם הזרם, הוא עצר את אלפיות שניות, אשר מאפשר לקבוע את קבועי קצב פנימי איתור וזיהוי של חומרי ביניים בתגובה 4. הנהלים המתוארים כאן יכול להיות מיושם על פלבין תלויי monooxygenases אחרים. 5,6
1. הכנת מאגר אנאירובית
2. הסרת חמצן מערכת הופסק זרימה
3. הכנת מאגר חמצן רווי
4. הכנת פתרון NADPH
5. הסרת חמצן פתרון האנזים
6. רדוקטיבי חצי התגובה: פלבין הפחתת ניטור
7. חמצוני חצי התגובה: פלבין חמצון ניטור
8. ניתוח נתונים
9. נציג תוצאות
התוצאות של הניסויים המתוארים בסעיפים הקודמים להראות כיצד רדוקטיבי חצי התגובה של Sida F יכול להיות פיקוח על ידי מדידת השינויים ספיגת ב 452 ננומטר, אשר תואמות את השינויים במדינה חיזור של פלבין. שיעור של שלב זה ניתן לקבוע על ידי התאמת הנתונים למשוואה המתאים (איור 2: שלב 8.4). שיעור הפחתת לקבל (0.65 s -1) דומה לערך החתול k מחושב עםהמצב היציב ניסויים 2, טוען כי הפחתת שיעור, קביעת שלב של התגובה. ניצול של מצב ערבוב כפול של זרימה עצר, קצב חמצון ואת ביניים בתגובה וחצי זה ניתן לקבוע (איור 3: שלב 8.4). בתגובה catalyzed ידי Sida F, C4a-hydroperoxyflavin מזוהה בבירור (λ מקסימום של 380 ננומטר), ושיעור של היווצרות עששת ניתן לחשב. קצב איטי של reoxidation לקבל (0.006 s -1) מצביע על כך C4a-hydroperoxyflavin יציב מאוד בהעדר ornithine.
1. תוכנית מנגנון Sida F. טבעת isoallozaxine של cofactor FAD מוצג. פלבין חמצון (A) נקשר NADPH (ב ') מגיב ליצירת פלבין מופחת NADP + (ג). לאחר התגובה עם חמצן מחייב מולקולרית שלornithine, C4a-hydroperoxyflavin נוצר (ד '). זהו המין hydroxylating. לאחר hydroxylation של ornithine, hydroxyflavin (ה) חייב להיות מיובש כדי ליצור אנזים חמצון. NADP + נותר חייב לאורך כל מחזור קטליטי והוא המוצר האחרון להשתחרר (F).
באיור 1. המכשיר הפסיק זרימה. א) תמונה של מרכיבי Photophysics יישומי SX20 הפסיק זרימת ספקטרופוטומטר. ב ') תמונה של יחידת טיפול המדגם. ג) תוכנית של מעגל זרימת במצב ערבוב כפול.
איור 2. ירידה אנאירובית של Sida עם NADPH במכשיר הפסיק זרימה. א) שינויים ספקטרליות שנרשמו לאחר ערבוב כמויות שוות של 30 מיקרומטר Sida ו NADPH 45 מיקרומטר. קשת 1 (חמצון Sida) ואת ספקטרום האחרון (מופחת באופן מלא סידא) מסומן בכחול ואדום, בהתאמה. ב) ספיגת זכר ב 452 ננומטר שנרשמו כפונקציה של הזמן.
איור 3. חמצון של Sida במכשיר הפסיק זרימה. א) שינויים ספקטרליות נרשם לאחר ערבוב כמויות שוות של Sida מופחת באופן מלא מאגר מחומצן. הריכוזים האחרונים היו 15 מיקרומטר Sida, 22.5 NADPH מיקרומטר, ו 0.95 חמצן מ"מ. קשת רשמה ב 0.034, 4.268, ו 727.494 של האנזים המתאים מופחת באופן מלא, C4a-hydroperoxyflavin ביניים (λ מקסימום של 380 ננומטר), ו - אנזים חמצון (λ מקסימום של 450 ננומטר), בהתאמה. ב) זכר ספיגת ב 382 ו 452 ננומטר רשמה כפונקציה של הזמן.
אנזימים לזרז תגובות חמזור בדרך כלל מכילים cofactors כגון hemes ו flavins כי עוברים שינויים משמעותיים ספיגת במהלך מחזור קטליטי. טופס חמצון של פלבין מציג ספיגת מקסימום ב ~ 360 ו 450 ננומטר, וצמצום שלה הוא פיקוח בדרך כלל על ידי ביצוע ירידה ספיגת ב 450 ננומטר 7. באופן כללי, כמה ביניים זמניים קיימים אבל בצורה וריקבון מהר מדי כדי להימדד ב הספקטרופוטומטרים רגילים. שימוש Photophysics יישומי SX20 הפסיק זרימת ספקטרופוטומטר (או מכשירים דומים), ניתן למדוד שינויים ספיגת בקנה מידה זמן אלפית השנייה (מת בזמן, 2 ms). כאן למדנו את רדוקטיביים ו חמצוני חצאי תגובות של monooxygenase פלבין תלוי Sida F, המשמש כמודל. שיעור ההעברה הידריד נקבע על ידי מדידת השינוי של ספיגת ב 452 ננומטר לאחר ערבוב עם האנזים NADPH בתנאים אנאירוביים. לאחר מכן, לוקחים advantagהדואר של מצב ערבוב כפול של המכשיר הפסיק זרימה, האנזים 1 היה הגיב עם NADPH, עד הפחתה מלאה הושגה, ואז מופחת אנזימים NADP + מורכב היה מעורב עם חמצן. בעקבות הליך זה, ניתן לזהות חולפות ביניים לפלבין מחומצן ו למדוד שיעורי היווצרות עששת. זיהוי ביניים אלה מספק נתונים ניסיוניים על אופיו של המין מגיב קטליזה. במקרה של Sida F, היווצרות C4a-hydroperoxyflavin (פיקוח בדרך כלל 370-380 ננומטר), שהיא המין hydroxylating. בנוסף, מדידת שיעור קבוע של כל שלב מאפשר לקבל מידע על השלב החליפין בקביעת התגובה לעזור להבהיר את המנגנונים הקינטית וכימי של האנזים.
באופן כללי, גישות דומות ניתן להשתמש flavoenzymes אחרים, או חלבונים אשר ספיגת חלו שינויים, כגון חלבונים המשךעין heme, פוספט pyridoxal-או ללא ברזל heme 8-10. המגבלה בשיטה זו היא כי כמויות גדולות של האנזים מטוהרים נדרשים, אך ניתן להתגבר באמצעות מערכת ביטוי עם תשואות גבוהות. אחת קובעת את ריכוז החלבון האופטימלית ספקטרום הקלטה באמצעות חלבון מספיק כך אות מספיק חזק ניתן לצפות, אבל לא יותר מדי, כך האנזים אינו מבוזבז. בדרך כלל, ריכוז האנזים הנמוך ביותר פלבין המכילים אנזימים המשמשים עצר זרימה ניסויים הוא 6-10 מיקרומטר (אחרי ערבוב) והוא נקבע באמצעות מקדם המקביל טוחנת הכחדה של האנזים. במקרה של Sida F, אחוז FAD קשור האנזים הוא 50-65% 2. Apo-חלבון נחשב פעיל בניסויים אלו כי cofactor FAD כרוך הכרחי קטליזה. מגבלה נוספת ניתן בשיטה זו הוא, אם תהליכים האנזים להתרחש מהר יותר מאשר 2 ms (זמן מת של זרימה הפסיק) הם לא לצפות, אבל הפה מדווחים אסטרטגיות שבו שיעורי ניתן לצמצם להתגבר על בעיה זו. דוגמה אחת לכך כולל באמצעות ריכוז NaCl גבוה התגובה של ferredoxin-NADP + reductase 11. קרצוף של חמצן במעגל זרימת זרימה עצר לעתים קרובות צעד מסובך בניסוי זה דורש תשומת לב מיוחדת. אוקסידאז-גלוקוז גלוקוז המערכת המתוארת כאן משמשת בהצלחה ברוב המעבדות כפי שהיא שיטה יעילה וזולה. עם זאת, ישנם מספר חסרונות אשר כוללים את הייצור של H 2 O 2 עבור יישומים מסוימים חלופות אחרות כמו מערכת dioxygenase-protocatechuate protocatechuate יש לשקול 12. ניצול של תיבת כפפה אנאירובי מקל כדי להבטיח תנאים אנאירוביים, אך אינה הכרחית. חמצן יש להסיר מן המעגל זרימת זרימה הפסיקה כפי שאנו רוצים את האנזים להיות מופחת בהיעדר חמצן או מגיבים עם חמצן בריכוזזה שאנחנו לציין. למרות הפסיקה זרימת הוא בתא הכפפות, אין חמצן במעגל זרימת אם היינו מאגרים אירובי בניסויים קודמים. בנוסף ספיגת מדידות, מבחני dichroism הקרינה ואת מעגלי ניתן לבצע ספקטרופוטומטר הפסיקה זרימת Photophysics יישומי SX20 עם האביזרים המתאימים.
אין לנו מה למסור.
המחקר נתמך על ידי פרס NSF MCB-1021384.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
ציוד כללי למעבדות | חברה | מספר קטלוגי | |
משאבת ואקום | וולש | - | |
בוכנר צלוחיות | דיג | 70340-500 | |
מערבבים ברים | דיג | 14-512-129 | |
מערבבים צלחות | דיג | 11-100-49S | |
Schlenk קווי | Kontes זכוכית | - | |
ארגון מיכל | Airgas | AR UPC300 | |
מיכל חנקן | Airgas | NI200 | |
מיכל חנקן, טוהר אולטרה ציון גבוה | Airgas | NI UHP200 | |
מיכל חמצן | Airgas | שור 40 | |
5% מימן מאזן חנקן מיכל | Airgas | X02NI95B200H998 | |
SX20 סנטopped זרימת ספקטרופוטומטר | AppliedPhotophysics | - | |
כפפה תיבת | בישן | - | |
מי האמבט | יתירה מאונ 'Brinkmann | - | |
ספקי | |||
50 מ"ל BD פלקון צינורות | דיג | 14-432-23 | |
15 מ"ל BD פלקון חרוטי צינורות | דיג | 05-527-90 | |
1.5 מ"ל Eppendorf צינורות microcentrifuge | דיג | 05-402-18 | |
50 ו 25 מ"ל צלוחיות זכוכית | דיג | 06-402 | |
גומי פקקים | דיג | 06-447H | |
אלומיניום חותמות | דיג | 06-406-15 | |
ReagenTS | |||
פוספט אשלגן, monobasic | דיג | AC2714080025 | |
פוספט אשלגן, dibasic | דיג | P288-500 | |
סודיום אצטט | סיגמא | S-2889 | |
גלוקוז אוקסידאז מ א ניז'ר | סיגמא | G7141-250KU | |
D-גלוקוז | דיג | D16-500 | |
β-NADPH | דיג | ICN10116783 | |
L (+)-ornithine hydrochloride | דיג | ICN10116783 |
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