L-фото-лейцин - L-Photo-leucine

л-Фото-лейцин
Имена
	Другие имена л-2-амино-4,4-ази-пентановая кислота; 3- (3-метил-3-диазиринил) -аланин
Идентификаторы
3D модель (JSmol )	Интерактивное изображение;
ChemSpider	32980228;
	ИнЧИ InChI = 1S / C5H9N3O2 / c1-5 (7-8-5) 2-3 (6) 4 (9) 10 / ч3H, 2,6H2,1H3, (H, 9,10) / t3- / m0 / s1 Ключ: MJRDGTVDJKACQZ-VKHMYHEASA-N; InChI = 1 / C5H9N3O2 / c1-5 (7-8-5) 2-3 (6) 4 (9) 10 / ч3H, 2,6H2,1H3, (H, 9,10) / t3- / m0 / s1 Ключ: MJRDGTVDJKACQZ-VKHMYHEABV;
	Улыбки CC1 (C [C @ H] (N) C (O) = O) N = N1;
Характеристики
Химическая формула	C5ЧАС9N3О2
Молярная масса	143.146 г · моль−1
Растворимость в воде	10 мг / мл
Кислотность (пKа)	2,36 (карбоксил) ; 9,60 (амино)
	Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
	Ссылки на инфобоксы

л-Фото-лейцин является синтетическим производным л-лейцин аминокислота который используется как его естественный аналог и характеризуется фотореактивностью, что делает его пригодным для наблюдения и характеристики белок-белковые взаимодействия (PPI). Когда белок содержащая эту аминокислоту (А) светится ультрафиолетовый света, взаимодействуя с другим белком (B), комплекс, образованный из этих двух белков (AB), остается прикрепленным и может быть изолирован для его изучения.

Фото-лейцин, а также другой фотореактивная аминокислота происходит от метионин, фото-метионин, были впервые синтезированы в 2005 году Моникой Сучанек, Анной Радзикоски и Кристофом Тиле.^[2] от Институт Макса Планка молекулярной клеточной биологии и генетики с целью определения взаимодействия белков с белками на протяжении простого вестерн-блоттинг это обеспечило бы высокую специфичность.

Сходство фотореактивных аминокислот с природными позволяет первым избежать обширных механизмов контроля, которые имеют место во время синтеза белка внутри клетки.

Структура

Стандарт диазирин звенеть

Как упоминалось во введении, л-фото-лейцин - синтетическое производное л-Лейцин аминокислота. л-фото-лейцин характеризуется наличием диазирин кольцо связано с радикалом R исходной аминокислоты. Этот циклопропен Кольцевая молекула состоит из атома углерода, присоединенного к двум атомам азота посредством одинарной ковалентной связи. Эти два атома азота одновременно связаны друг с другом двойной ковалентной связью. Углерод диазирина находится в положении, где теоретически 2-й атом углерода радикала R л-лейцин будет связан с 1-м и 3-м атомами углерода этого теоретического радикала R. Диазириновое кольцо придает фото-лейцину его фотореактивное свойство. При облучении УФ-светом он расщепляет азот в газообразной форме и оставляет несвязанный атом углерода (см. Диазирин ). В белок-белковых взаимодействиях (PPI) этот атом присоединяется к комплексу, образованному двумя белками, которые могут быть изучены.

Остальная часть аминокислоты действительно имеет ту же структуру, что и исходная. лмолекула -лейцина, которая включает, как каждая аминокислота, аминогруппу и карбоксильную группу, связанные с α-углеродом, и радикал, который присоединен к этому атому углерода. Цепь R в этом случае содержит диазириновое кольцо и два дополнительных атома углерода, каждый из которых соединен с углеродом диазирина, как было упомянуто ранее.^[3]

Лейцин слева и фотолейцин справа

Для использования в биологических экспериментах только л-энантиомер аминокислоты фото-лейцин синтезируется, так что он может заменить естественный л-лейцин. (Натуральные белки состоят только из л-аминокислоты; видеть гомохиральность.)

Синтез

л-Фото-лейцин напоминает л-лейцин в его составе. Однако последний содержит фотоактивируемое диазириновое кольцо, которого нет в первом, и которое дает реактивный карбен после потери азота, вызванной светом, факт, который л-фото-лейцин его свойства. Эта фотореактивная аминокислота синтезируется α-бромированием азикарбоновой кислоты с последующим аминолиз ази-бромкарбоновой кислоты.

Классическая процедура синтеза фото-лейцина основана на следующих этапах:

4,4'-ази-пентановая кислота, CCl₄ и тионилхлорид нагревают до 65 ° C в течение 30 минут. Затем N-бромсукцинимид, CCl₄ и 48% HBr добавляют, и смесь перемешивают при 55 ° C в течение 4 часов. Растворитель и свободный бром удаляют при пониженном давлении, а остаток экстрагируют 50 мл CCl.₄. Растворитель удаляют, а неочищенный продукт (2-бром-4,4'-азипентаноилхлорид) растворяют в ацетоне и гидролизуют водным NaHCO3. Неочищенную бромированную свободную кислоту получают подкислением HCl и экстракцией дихлорметаном. Растворитель удаляют и продукт фильтруют через силикагель в изогексанацетате с последующим удалением растворителя. Следуя этой процедуре, мы можем добавить диазириновое кольцо к 4,4'-азипентановой кислоте и, наконец, получить дл-2-бром-4,4'-ази-пентановая кислота.
Аминолиз дл-2-бром-4,4'-ази-пентановую кислоту проводят в насыщенном аммиаком метаноле и 25% водном аммиаке в течение 5 дней при 55 ° C. После выпаривания аммиака добавляют 20 мл концентрированной HCl с последующим выпариванием воды при пониженном давлении. Сухой остаток экстрагируют 20 мл горячего метанола и экстракт нейтрализуют N, N-диметилэтиламином. После выдерживания в течение 2 дней при -32 ° C образовывался осадок, который выделяли и дважды перекристаллизовывали из 70% этанола с получением чистого дл-2-амино-4,4'-ази-пентоновая кислота.
дл-2-амино-4,4'-ази-пентоновая кислота ацетилируется с получением ацетилирования. дл-2-ацетамино-4,4'-ази-пентановая кислота с последующим ферментативным деацетилированием с получением чистой л-2-амино-4,4'-ази-пентановая кислота, также известная как л-фото-лейцин.^[2]

Процедура синтеза .mw-parser-output span.smallcaps {font-variant: small-caps} .mw-parser-output span.smallcaps-less {font-size: 85%} l-Photo-Leucine

Недавно был улучшен синтез фото-лейцина. Этот новый способ синтеза фото-лейцина требует boc- (S) -фото-лейцина, который получают через озонолиз коммерчески доступного продукта с последующим образованием диазирина по методу Черча и Вейсса. Этот путь предполагает значительное улучшение по сравнению с исходным шестистадийным синтезом (S) -фото-лейцина, который протекал с низким выходом и требовал ферментативного разделения рацемического промежуточного продукта.^[4]

Активация

л-Фото-лейцин приобретает свою функцию после воздействия УФ свет. В электромагнитные волны относящиеся к УФ-спектру вызывают диазириновое кольцо л-фото-лейцин, чтобы терять атомы азота в виде газа, оставляя, таким образом, свой атом углерода несвязанным. Связи, установленные между этим атомом углерода, относящимся к одному белку (A), и атомами аминокислот, относящихся к другому белку (B), ответственны за сшивание свойства л-фото-лейцин, которые позволяют связывать эти две пептидные цепи в единый комплекс (AB).

Подходящая длина волны для активации л-фото-молекула лейцина колеблется от 320 до 370 нанометров. Лампы с большей мощностью более эффективны для достижения этой цели и делают это за меньшее время. Идеальная длина волны для активации аминокислоты фото-лейцин составляет 345 нм.

Для повышения эффективности необходимо использовать неглубокую пластину без крышки. Кроме того, может потребоваться вращение образцов, расположенных под правым УФ-излучением, чтобы убедиться, что они получают равномерное УФ-излучение, и, таким образом, еще раз для повышения эффективности сшивания. Если сшивание происходит in vivo в живых клетках, они должны подвергаться УФ-излучению в течение 15 минут или меньше.

Использует

В отсутствие исходной аминокислоты (л-лейцин ) в окружающей среде, л-фото-лейцин используется так же, как его естественный аналог в механизмах обработки белка в клетке. Следовательно, его можно использовать как замену лейцину в первичной структуре белка. Это свойство фото-лейцина очень полезно для изучения белок-белковых взаимодействий (PPI) в связи с тем, что молекула фото-лейцина из-за своей молекулярной структуры участвует в ковалентном сшивании белков в белок-белке. взаимодействия (PPI), когда он активируется ультрафиолетовый (УФ-излучение. Этот факт позволяет определять и описывать стабильные и временные белковые взаимодействия внутри клеток без использования каких-либо дополнительных химических сшивающих агентов, которые могут повредить изучаемую структуру клетки.

Изучение этих белок-белковых взаимодействий важно, поскольку они имеют решающее значение для организации клеточных процессов в пространстве и времени. Фактически, интерес к взаимодействиям белок-белок не ограничивается только фундаментальными исследованиями: многие из этих взаимодействий, участвующих в слиянии вирусов или в передаче сигналов фактора роста, являются многообещающими мишенями для противовирусных и противораковых препаратов. Мечение фотоаффинности является мощным инструментом для идентификации белковых мишеней биологически активных малых молекул и исследования структуры сайтов связывания лиганда, причина, по которой фотоаминокислоты, включая фотолейцин, так полезны.

Маркировка белков

Моника Сучанек, Анна Радзиковска и Кристоф Тиле провели эксперимент, в котором им удалось пометить белки из клеток почки обезьяны (COS7).^[2]

Эти клетки выращивали в среде с высоким содержанием глюкозы, из которой был удален образец размером 3 см² для проведения вестерн-блоттинга. Примерно при 70% слияния исходная среда была заменена другой, не содержащей аминокислот метионина, лейцина, изолейцина и валина, а также фенолового красного.

Затем добавляли фотоаминокислоты до конечной концентрации 4 мМ фото-лейцина и фотоизолейцина, 1,7 мМ фото-метионина и культивировали в течение 22 часов. По истечении времени клетки промывали PBS и подвергали УФ-облучению с использованием ртутной лампы высокого давления мощностью 200 Вт со стеклянным фильтром, который удалял волны с длиной волны ниже 310 нм в течение 1-3 минут. Это не повлияло на жизнеспособность клетки (которая изменилась только после 10 минут облучения). Клетку приводили к лизису и последующему вестерн-блоттингу для анализа выделенных сшитых комплексов.

Маккиннон А. Л. и др. использовали фото-лейцин для мечения белков в сырой фракции мембран, что позволило им идентифицировать центральную часть канала транслокации внутри мембраны, которая является мишенью для ингибитора циклодепсипептида.^[4]

Преимущества фото-лейцина как сшивающего агента

Традиционно распознавание белок-белковых взаимодействий осуществлялось путем химического перекрестного связывания, которое включало использование умеренно реактивного бифункционального реагента, обычно присоединенного к свободным аминогруппам. Однако фотохимическое сшивание гораздо более специфично из-за короткого времени жизни возбужденных промежуточных продуктов. Кроме того, фотохимическое перекрестное сшивание не мешает распознаванию антител, в то время как первое мешает.

Но преимущества фото-лейцина идут дальше, потому что, помимо множества преимуществ, он не имеет отрицательных эффектов. Например, хотя неприродные аминокислоты в целом токсичны для клеток, было доказано, что фотолейцин не оказывает существенного влияния на жизнеспособность клеток. Эти результаты были подтверждены многими экспериментами. Например, эссе с кишечная палочка-галактозидаза показала, что добавление любой из трех фото-аминокислот или их смеси не влияет на активность фермента. Это помогает сделать вывод о том, что фотоаминокислоты нетоксичны для культивируемых клеток млекопитающих и могут, по крайней мере частично, функционально замещать их естественные формы.

Однако в настоящее время фотореактивные аминокислоты используются в сочетании с химическими сшивающими агентами для достижения наиболее надежных результатов, возможных в исследованиях межбелкового взаимодействия.^[2]