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산화 적 변환에 대한 보조 인자 - 우리는 과산화수소의 광 촉매 작용으로 발생하는 프로토콜을 기술한다.
산화 환원 효소가 가장 많이 적용되는 산업용 효소에 속한다. 그럼에도 불구하고, 그들은 누구의 공급 종종 비용이 많이 들고 도전 외부 전자가 필요합니다. 전자 도너의 NADH 또는 NADPH 재활용 추가적인 효소와 희생 기판의 사용을 요구한다. 흥미롭게도 몇 가지가 산화 환원 효소, 전자 공여체로서 과산화수소를 받아 들인다. 저렴하면서,이 시약들은 효소의 안정성을 감소시킨다. 이 문제에 대한 해결책은 보조 인자의 동일계에서 발생된다. 저농도 보조인의 지속적인 공급이 효소의 안정성을 손상시키지 않고 반응을 구동한다. 이 논문을위한 방법을 보여주는 광 촉매 헴 의존 지방산 라제 OleT JE의 예 과산화수소 시츄 생성한다. 지방산 라제 OleT JE는 지방산하는 종래 알려지지 효소에서 장쇄 1- 알켄을 생성하는 고유의 기능으로 인해 발견반응. 1 알켄 널리 가소제 및 윤활제를 위해 첨가제를 사용한다. OleT JE은 산화성 탈 카복실 화에 대해 과산화수소로부터 전자를 수용하는 것으로 나타났다. 과산화수소 손상 보조인의 동일계에서 생성 효소 및 낮은 수율 결과의 첨가는 이러한 문제를 회피하면서. photobiocatalytic 시스템 지방산 탈 카르 복 실화를위한 간단하고 효율적인 방식으로 생성 된 효소 활성 및 수율에 대한 명확한 이점을 나타낸다.
기후 변화와 재생 자원의 예측 고갈은 우리 사회에 심각한 위협을 제기. 이러한 맥락에서, 효소 촉매는 지속 가능한 개발과 '친환경'화학 1 아직도 완전히 이용하지 가능성을 나타냅니다. 산화 환원 효소는 온화한 반응 조건에서 도입 및 관능기 변형을 촉매 가장 중요한 생체 촉매 (2)에 속해있는 능력을 가지고있다. 대부분의 산화 환원 변환은 NAD (P) H로 보조 인자의 외부의 공급을 필요로한다. 보조 인자 재생을위한 방법은 산업 규모에 적용되었습니다. 그러나, 여전히 고가의 제품에 주로 애플리케이션을 제한하는 높은 공정 비용을 초래한다. 흥미롭게도, 여러 퍼 옥시다아제 3,4 및 P450 모노 옥 시게나 제 (5)는 소위 과산화 션트를 통해 과산화 수소에서 전자를 받아들입니다. H 2 O 2가 저렴한 공동 시약이지만, 보도 harmf이고많은 효소에 대한 UL. 현장 형성에 정상 과산화수소의 낮은 농도는 효소의 작동 안정성을 손상시키지 않고 반응을 유도하기위한 실용적인 방법이다.
그림 OleT JE에 의해 지방산의 photobiocatalytic 탈 카르 복 실화 1. 실험 세트입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
화학적 및 생물학적 과정을위한 에너지 소스로서 광을 이용 지난 년 6 증가 주목을 받고있다. 과산화수소의 광 생성 구동 독스 변형 (도 1)에 대한 과산화수소를 공급하는 간단하고 강력한 방법으로 떠오르고있다. 이러한 아데닌 월 플라 빈과 같은 광촉매onucleotide (FMN) 그런 oxyfunctionalization 효소 반응을위한 보조 인자로서 사용되는 과산화수소, 산소 분자의 환원을 허용한다. 가능한 전자 도너는 에틸렌 디아민 테트라 아세트산 (EDTA), 아스 코르 베이트 또는 저렴 포르 미 에이트이다. 이 방법은 퍼 옥시다아제 3,4 및 P450 모노 옥 시게나 제 (5)을 포함하여 2 O 2 의존성 효소, H에 대해 일반적으로 적용 할 수 있습니다.
최근 올레핀 8로 천연 지방의 변환을위한 신규 박테리아 라제 (7)의 어플리케이션을 조사 하였다. 이것은 바이오 기초 소스에서 널리 사용되는 플랫폼 화학 물질의 합성에 대해 지속 라우트 될 것이다. 그램 양성 세균 Jeotgalicoccus 특검팀에서 탈 카르복시 OleT JE. 지방산의 산화 적 탈 카르 복 실화를 촉매 제품 1- 알켄을 형성한다. OleT JE 밀접하게 세균 P450 모노 옥 시게나 제에 관한와 F 전자를 필요로한다반응에 ROM 과산화수소.
불행히도, 기재와 효소의 용액에 H 2 O 2를 첨가 아마도 인해 OleT JE의 안정성에 과산화수소의 해로운 효과, 낮은 변환 결과의 재현성이 나쁘고 결과. NADPH-환원 RhFred와 융합 단백질의 생성은 NADPH의 높은 가격과 비용 효율적인 재생을위한 전류 제한 가능성은 저렴 전자 공여체를 조사하기 위해 우리를 묻는 메시지가, 그럼에도 불구 NADPH 의존 탈 카르 복 실화 가능합니다. (9)을했다. P450 모노 옥 시게나 제와 OleT JE의 유사성에 의해 영감을, 우리는 H 2 O 2의 광 촉매 생성을 사용했다. 우리는 무 세포 추출물 또는 정제 된 효소 솔루션을 사용하여 (> 95 %까지) 높은 전환을 얻기 기쁘게했다.
지방산 탈 카르 복 실화의 예, 우리는 빛을 주도 enzym에 대한 일반적인 프로토콜을 제시보조 인자로서 광촉매로 과산화수소를 사용 FMN ATIC 산화 환원 변형. 제시된 방법은 E. 재조합 세포에서 효소의 생산을 포함 콜라이 효소의 정제, 1- 알켄의 합성 및 반응 생성물의 분석을위한 프로그램.
주의 : 사용하기 전에 모든 관련 물질 안전 보건 자료 (MSDS)를 참조하십시오. 이러한 합성에 사용되는 화학 물질 중 일부는 급성 독성 및 발암 성이다. 유해한 유기 용제, 특히 반응 생성물의 추출 및 지방산의 유도체를 포함하는 모든 단계는 개인 보호 장비 (안전 안경, 장갑, 실험실 코트, 전체 길이 바지, 폐쇄 발가락 신발을 사용하여 흄 후드에서 수행되어야한다 ). 이 연구에서 유전자 변형 생물체와 관련된 모든 작업은 안전 수준 (S1)의 유전자 변형 생물체의 취급에 대한 승인을 설치해야합니다.
E.에서 재조합 디카 르 복실 라 아제 OleT JE의 1 식 대장균
2. 라이트 촉매 생물 전환
반응 혼합물에 과산화수소를 첨가 전환 (<10 %) 중저 결과 동안 과산화수소 시츄 생성에 80 % 전환으로 전환 증가했다. GC / MS에 의한 분석은 지방산으로부터 올레핀의 형성 (도 2)을 나타낸다.
GC / MS 측정을위한 그림 2. (A) 온도 프로파일. 11.4 분 후, 1- 헵타 데센 용출 (B) 지문. (C) 1 헵타 데센에 대해 표시 단말기 올레핀 예시의 특성 보조 C n 개의 H 2N-1 조각 이온. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
빛 - 촉매 반응은 E.의 무 세포 추출물 높은 전환을 달성 대장균. 정제 된 효소 용액 농도 효소 및 전환 사이에 명확한 상관 관계를 보였다. 높은 전환으로 빛 수확 분자 FMN 리드의 농도를 증가. 그러나, 상기 과산화수소의 양이 충분히 가능하고 더 이상 제한 요소가 있음을 나타내는 반응을 촉진하지 않았다 10mM의 상기 농도를 증가시킨다.
지방산의 탈 카르 복 실화 외에도 OleT JE는 β 위치에서의 히드 록 실화를 촉매한다. 스테아르 산의 전환에있어서, 탈 카르 복 실화는 수산화보다 약 3 배 빠르다. 0.5 mM의 스테아르 산의 용액을 10 μM FMN를 이용한 전형적인 실험에서, 상기 기판의 99 %의 비율로 1- 헵타 데센, 2- 히드 록시 스테아르 산의 혼합물로 전환시켰다3.3 : 1 (그림 3) 8. 광 구동 생물 촉매의 기판 스펙트럼의 조사 생성물 혼합물에서 하이드 록실 지방산의 상대적인 양이 짧은 사슬 길이가 증가하면서 이상 아실 체인 지방산 들어 OleT JE 우선적 상기 탈 카르 복 실화를 촉매하는 것으로 나타났다. 미리스트 산 (C14)보다 짧은 지방산은 탈 카르 복 실화를 겪지 않았다.
OleT JE 그림 3. 가스 크로마토 그래피 분석은 1 헵타 데센 (8.4 분), α-하이드 록시 스테아르 산 (12.04 분) β 히드 록시 스테아르 산 (12.1 분)에 스테아르 산 (11.15 분)의 탈 카르 복 실화를 매개 성. 2 시간의 시간에 걸쳐 촬영 한 샘플의 피크 면적의 변화가 표시됩니다. 경쟁하려면 여기를 클릭하십시오이 그림의 WA 더 큰 버전.
놀랍게도, 불포화 지방산 (C18 : 1d9 CIS) 올레산 및 리놀레산 (C18은 : 2d9d12) 시스 이중 결합의 꼬임 구성이 효소의 생산 결합 모드에서 수용 할 수없는 것을 나타내는 기재로 인정되지 않았다. 올레인산 (10 %)의 첨가는 또한 스테아르 산의 전환을 막았다. 흥미롭게도, 스테아르 산 (C18 : 1d9 트랜스) OleT JE에 의해 변환, 아직 다음 약간 낮은 활동 스테아르 산 하였다.
과산화수소의 광 중심 세대 peroxygenases 3 포함한 다양한 산화 환원 변형을인가하고 10 chloroperoxidases P450 모노 옥 시게나 제 (5)는 수있다. 그것은 간단하고 실용적인 방법입니다. 장기적으로, 가시 광선의 사용은 에너지가 풍부한 반응을위한 지속 가능한 대안 화학 변환에 대한 태양 광을 활용하는 관점을 엽니 다.
이 방법은 정제 된 효소 또는 무 세포 추출물과 함께 적용 할 수있다. 후자는 적은 비용 및 작업이 필요하지만, 상기 조 추출물에서 작은 분자의 광 촉매 전환을 방해 할 수 있음을 유의해야한다. 실용적인 방법은 (a 원심 필터 유닛 또는 투석하여 원심 분리에 의해, 예)는 micromembrane 이러한 작은 구성 요소를 제거하는 것이다. 광 수확 FMN 분자의 농도는, 과산화수소의 농도를 결정한다. AFFINI에 따라산화 환원 효소의 타이,이 농도는 효소 활성에 대한 결정적이다. 또 다른 중요한 인자는 희생 전자 공여체 EDTA의 농도이다. 가장 중요한 파라미터는, 그러나, 효소의 작동 안정성 및 활동이다.
지방산 olefinization 화학 산업의 중요한 상품에 속해 올레핀으로 바이오 기초 지방산의 전환을위한 우아한 반응이다. 광 기반 생 촉매 탈 카복실 실온에서 지속성면에서 명확한 이점을 제공 중성 pH에서 수행 될 수있다.
우리의 결과는 과산화수소 인 시츄 생성에 하이 전환으로 효소의 안정성을 손상시키지 않고 보조인을 공급하는 전략을 보여준다. 보조 인자 재생을위한 본 발명의 방법은 농산물이나 석유 기반 화학 물질을 사용합니다. 라이트 기반의 반응은 신 재생 대안으로 부상하고있다. 미래연구 저렴 분자 희생 시약 EDTA를 교체하기위한 방법에 전용되며 광 수확 FMN 분자의 양을 감소.
The authors declare that they have no competing financial interests.
R.K. and F.H. are grateful for the EU-commision for financial support within the Marie-Sklodowska ITN Biocascades (Nr. 634200).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Chemicals | |||
Ampicillin | Sigma Aldrich | 69-52-3 | |
Bradford reagent | Roth | K015.1 | |
BSA | Sigma Aldrich | 90604-29-8 | |
DMSO | Sigma Aldrich | 67-68-5 | |
Ethyl acetate | Fisher Chemical | 141-78-6 | |
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Roth | 8043.1 | |
Riboflavin 5-monophosphate sodium salt hydrate | Sigma Aldrich | 130-40-5 | |
Hydrochlorid acid 37% | Sigma Aldrich | 7647-01-0 | |
Hydrogen peroxide 30% | Sigma Aldrich | 7722-84-1 | |
δ-Amino levulinic acid | Sigma Aldrich | 5451-09-2 | |
N-Methyl-N-(Trimethylsilyl)trifluoro acetamide (MSTFA) | Sigma Aldrich | 24589-78-4 | |
Myristic acid >99% | Sigma Aldrich | 208-875-2 | |
Imidazole | Sigma Aldrich | 288-32-4 | |
Sodium chloride | Fisher Chemical | 7647-14-5 | |
Stearic acid >99% | Sigma Aldrich | 57-11-4 | |
Tetracycline | Sigma Aldrich | 60-54-8 | |
Tergitol | Sigma Aldrich | MFCD01779855 | |
Tris(hydroxymethyl)-aminomethan | Sigma Aldrich | 77-86-1 | |
Device | |||
Incubator shaker | G-25CK | New Brunswick Scientific | |
Ecotron | Infors HT | ||
Centrifugation | Labofuge 400R | Heraeus | |
RC 5B Plus | Sorvall | ||
Fresco 17 | Thermo Scientific | ||
Centrifugation rotors | SS34 | Sorvall | |
SLA | Sorvall | ||
Clean bench | Envirco | Ceag Schirp Reinraum technik | |
Column GC-FID | CP-Sil 5CB (30 m x 0.25 mm x 0.25 µm) | Agilent Technologies | |
Column GC-MS | FactorFour Capillary Coloumn (VF-5 ms + 5 m EZ Guard) | Varian | |
GC-FID | GC-2010 plus | Shimadzu | |
GC-MS | IST-40 | Varian | |
Magnetic stirrer | RCT classic | IKA | |
pH meter | SevenEasy | Mettler toledo | |
Sonicator | Branson Sonifier 250 | Branson | |
Spectral photometer | FLUOstar Omega | BMG Labtech | |
Equipment | |||
Affinity chromatography column | His Pur Ni-NTA spin column | Thermo Scientific | |
Centricon | Vivaspin turbo 15 | VWR International | |
Microtiter plates | 96 Well Multiply®PCR Plates | Sarstedt |
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