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体积 2019年 |文章的ID 8284968 | https://doi.org/10.1155/2019/8284968

Tabassum毛拉、Sushama帕蒂尔斯Sistla身高Jadhav, 小分子的亲和力与山药酪氨酸酶(儿茶酚氧化酶):一个生物物理研究”,生物化学研究国际, 卷。2019年, 文章的ID8284968, 9 页面, 2019年 https://doi.org/10.1155/2019/8284968

小分子的亲和力与山药酪氨酸酶(儿茶酚氧化酶):一个生物物理研究

学术编辑器:萨阿德塔亚布
收到了 2019年5月08
修改后的 2019年8月12日
接受 06年9月2019年
发表 2019年10月10日

文摘

山药酪氨酸酶已成为经济必不可少的酶由于其易于山药块茎的净化和丰富的可用性。然而,一个有效的生物化学和生物物理特性的山药酪氨酸酶尚未报道。在目前的研究中,山药的互动(Amorphophallus paeoniifolius)研究了酪氨酸酶分子,如藏红花素(番红花)、对苯二酚和曲酸。表面等离子体共振(SPR),荧光光谱和圆二色性技术被用来确定绑定亲和力和山药酪氨酸酶的二级和三级结构的变化的四个相关的小分子。对苯二酚和藏红花素表现出非常低的绑定的0.24米和0.0017米上的相似之处。由于其明显的弱相互作用,竞争实验被用来确定更准确的约束力的亲和力。结构与相互关系可以通过本研究相关的详细结果可以与其他可用的酪氨酸酶相比。

1。介绍

酪氨酸酶是一种通用酶存在于所有生物。是参与monophenols转换二元酚monophenolase活动,进一步转换二元酚醌类,diphenolase活动。酪氨酸酶和两个其他的配件酶称为tyrosinase-related蛋白质(Trp1和Trp2)主要负责黑色素的合成在哺乳动物。合成黑色素过剩可能导致皮肤问题像黑斑,雀斑,雀斑环,和其他形式的黑色素的色素沉着过度(1]。与动物不同,植物的酪氨酸酶参与的合成酚醛聚合物如木质素、类黄酮,和丹宁酸和某些代谢过程,如细胞呼吸,氧化还原电位,调节宿主防御和伤口愈合2,3]。缺乏酪氨酸的羟基化是一个截然不同的特性的植物比动物酪氨酸酶酪氨酸酶。酪氨酸酶和儿茶酚胺(神经递质合成的羟基化酪氨酸,酪氨酸羟化酶的作用)在一个单一的氨基酸不同,G241。理解这些植物和动物之间的差异酶将帮助设计有效的调节器。酪氨酸酶导致不良布朗宁在水果和蔬菜的处理,从而降低了他们的商业价值。因此,酪氨酸酶抑制剂已经在研究一段时间,和这些抑制剂的使用增加了化妆品、医药和食品行业4,5]。许多酪氨酸酶抑制剂,包括天然和合成抑制剂类黄酮、多酚、oxyresveratrol, hydroxystilbene化合物(6),槲皮素(5),三油精,trilinolein [7),研究了。值得注意的是,象足山药酪氨酸酶纯化和生化发酵应用程序的特征。因为它是丰富和耐热性的和经济的净化方法,山药酪氨酸酶在食品和烘焙行业引起了相当大的关注(8]。

作为其抑制酪氨酸酶是一个商业上重要的酶,将感兴趣的化妆品和食品工业。虽然许多不同的生物物理方法可以用于酶抑制剂具有约束力的互动研究中,表面等离子体共振(SPR)是一个特别健壮和充分利用方法(9- - - - - -12]。最近,帕蒂尔et al。13]SPR系统用于研究蘑菇酪氨酸酶与小分子之间的绑定事件。SPR biosensor-based绑定技术用于生物分子相互作用分析。它测量分子在金属表面之间的绑定事件通过检测局部折射率的变化(14]。SPR实时测量的特点,label-free交互和surface-sensitive响应(9]。SPR已经广泛的应用在动态测量(k一个,kd),在结合位点分析和浓度测定,筛选药物分子的酶,特异性分析。

本研究的目的是了解不同分析物的绑定与酪氨酸酶酶(配体)。的目标是确定功能抑制剂(单独或组合)对山药酪氨酸酶的调制。竞争分析物进行了动力学模型方法研究之间的相互作用抑制剂如曲酸、对苯二酚和对山药酪氨酸酶藏红花素。使用的策略(抑制剂)曲酸、对苯二酚,和藏红花素基质,左旋多巴的绑定和协同效应研究这些分子固定化山药酪氨酸酶。此外,山药酪氨酸酶小分子的作用是确定与荧光光谱和圆二色性(CD)光谱技术。

2。材料和方法

2.1。化学药品和试剂

传感器芯片系列S CM5 N-ethyl-N”——(dimethylaminopropyl)碳化二亚胺(EDC) N-hydroxysuccinimide (NHS),盐酸和乙醇胺,以及取样瓶,从通用电气医疗集团生命科学,乌普萨拉,瑞典。对苯二酚和l - 3苯丙氨酸(左旋多巴)化合物从HiMedia获得,孟买,印度。曲酸和藏红花素来自Sigma-Aldrich,孟买,印度。所有其他化学物质都是最高的纯度和分析品位。Milli-Q(微孔)水是用于准备缓冲和试剂。

2.2。酶的来源

山药酪氨酸酶提取Amorphophallus paeoniifolius通过ultracentrifugal块茎和部分纯化通过它截止滤光片的单位。这个提取然后进行DEAE纤维素柱净化,经sds - page。这个净化山药酪氨酸酶被用于进一步研究按照以前的报告(15]。

2.3。酶活性测定
2.3.1。Diphenolase活动分析

山药的diphenolase活动酪氨酸酶是由测量在475 nm(Ɛdopachrome积累dopachrome= 3400−1厘米−1)通过使用左旋多巴为底物与小修改发布程序(16]。反应混合物(3毫升)包含2毫米左旋多巴的50 mM磷酸钾缓冲(pH值7.0);100年的一部分μL使用酶的活动分析。反应进行的恒温30°C用日本岛津公司紫外可见分光光度计。集成电路50值是根据公式计算(早些时候报道13]。

2.4。表面等离子体共振(SPR)的研究

SPR互动进行了研究使用Biocore X100光学生物传感器(通用电气医疗集团生命科学,乌普萨拉,瑞典)。所有的SPR测量进行磷酸缓冲盐(PBS;10.1毫米Na2阿宝4,1.8毫米KH2阿宝42.7毫米137毫米氯化钠,氯化钾,pH值7.4,0.005% P20)。最初,稀释工作准备的分析物原液在PBS只有然后允许流过传感器表面。Biocore控制软件2.2版本是用于数据收集。折射率变化作为时间的函数在恒流条件下监测的系统,因此,实验进行。净折射率随时间而增加的缓冲区仅给了酪氨酸酶抑制剂结合的相对量。有一个内联减法的参考表面在运行。这种变化通常是报道的反应单位(俄文)。芯片的表面用PBS(运行缓冲)之间浓度(13]。

2.4.1。固定化酶

胺耦合的方法是采用固定的山药酪氨酸酶溶解(50μ在0.1 g / mL)醋酸钠缓冲与pH值4.5 / pH侦察研究[15]。山药酪氨酸酶固定化在传感器CM5芯片系列。流芯片表面的细胞被激活7分钟使用1:1的混合物100毫米N-ethyl-N-9二甲氨基丙:碳化二亚胺(EDC)和100毫米N-hydroxysuccinimide (NHS)(都溶解在水中),随后,酪氨酸酶是注入了7分钟,其次是注射乙醇胺1米,pH值8.5块不反应的网站。在这项研究中,流动细胞3空白固定化(没有蛋白)作为参考。

2.4.2。使用SPR竞争分析物的研究

研究山药酪氨酸酶的抑制作用,一些强有力的抑制剂。化合物曲酸、对苯二酚和藏红花素,这是已知的酪氨酸酶抑制剂,用于研究他们的比较和对山药酪氨酸酶协同作用。藏红花素和曲酸是天然的酪氨酸酶抑制剂,而对苯二酚合成抑制剂。抑制剂的分组只是基于效率、大小、溶解度和抑制剂的起源。最初,抑制剂的曲酸、对苯二酚、藏红花素、基质左旋多巴是溶解在10毫米PBS含有0.005% P20和注射在传感器芯片研究抑制剂和山药酪氨酸酶之间的相互作用。PBS是用作运行缓冲。流量是恒定(45μ在整个实验中L / min)。接触时间(协会)和分离时间是固定的120年代。实验研究不同浓度的个人抑制剂根据溶解性:藏红花素(0.156 - -2.5毫米),对苯二酚(0.625 -10毫米),曲酸(0.0156 - -0.125毫米),和左旋多巴(5 - 80毫米)。这些浓度被多次重复SPR实验优化达到合适的绑定交互。小分子的结合是为比赛准备了如下实验:对苯二酚+藏红花素、曲酸+对苯二酚和藏红花素+左旋多巴,与上面的相同浓度混合1:1摩尔比例然后允许流传感器芯片表面。再生进行了30年代的10毫米甘氨酸pH值2.5。绑定使用异构分析物动力学模型分析评估。每次循环再生后,酶的活性被注入一个左旋多巴的浓度检查,观察和俄文响应(13]。数据分析完成Biacore X100评价软件2.2版本,和数据是适合两国绑定异构分析物和/或绑定。

2.5。荧光光谱研究

荧光强度记录使用MY14410002荧光分光光度计(美国安捷伦科技)与一个激发波长(λ前女友)的280海里的狭缝宽度5海里。确定蛋白质荧光,山药酪氨酸酶(2毫克/毫升)准备在磷酸盐缓冲剂(10毫米,pH值7.0)。最大发射波长(λ新兴市场)对酪氨酸酶是307海里。抑制剂的影响曲酸、对苯二酚和藏红花素单独和组合被荧光光谱研究了山药酪氨酸酶。抑制剂准备在50 mM磷酸钾缓冲和藏红花素的浓度(1毫米),氢醌(1毫米)和曲酸在3毫升(0.1毫米)的反应混合物包括0.3毫升的酪氨酸酶。同时,鸡尾酒是用同一浓度如上所述,研究其对酪氨酸酶组合的影响。酶以及缓冲区被用作控制。获得的光谱的变化后的山药酪氨酸酶抑制剂是观察和记录强度与波长的阴谋(17]。

2.6。圆二色性(CD)光谱

CD光谱被记录在Jasco j - 1500 CD-spectropolarimeter确定二级结构的内容变化的山药酪氨酸酶抑制剂的存在。0.2毫克/毫升的蛋白质样品制备磷酸钾缓冲在10毫米,pH值7.0。扫描了25°C使用2 mm路径长度石英试管1 s微分积分时间在100 nm /分钟的扫描速率。像藏红花素抑制剂(1毫米),氢醌(1毫米),曲酸(0.1毫米),底物浓度的左旋多巴1毫米准备同样的磷酸盐缓冲剂。小分子的组合也准备用同样的浓度。蛋白质溶液与藏红花素孵化,对苯二酚,曲酸,左旋多巴,和不同的混合物10分钟,然后光谱被记录下来。酶以及缓冲区被用作控制。所有光谱收集从190年到250海里,一式三份,背景是纠正对缓冲空白。计算结果而言,摩尔椭圆率(θ)(度厘米2/ dmol) (18]。里德的引用(数据库)是用于圆二色性的分析数据19]。

3所示。结果与讨论

酪氨酸酶已成为一个至关重要的药物目标和有效的抑制剂的使用会有深刻的化妆品、食品和制药行业(17,20.]。真菌,植物之间存在着巨大的差异,动物,和人类的酪氨酸酶,需要有效的抑制剂酪氨酸酶。尽管许多报道在酪氨酸酶,全面描述不可用,和高亲和性抑制剂尚未确定(21]。许多化学合成的酪氨酸酶抑制剂如对苯二酚、熊果苷、曲酸,抗坏血酸,oxyresveratrol, hydroxystilbene,鞣花酸和没食子酸已经使用在化妆品皮肤美白剂有一些缺点22- - - - - -24]。最近,thiopurine硫鸟嘌呤等药物被转化为酪氨酸酶抑制剂(25]。此外,自然的酪氨酸酶抑制剂,例如,1 - (2,4-dihydroxyphenyl) 3 - (2, 4-dimethoxy-3-methylphenyl)丙烷在药用植物中发现Dianella ensifolia(26)也正在研究中。同时,提取黄芩物种显示弱酪氨酸酶抑制(27]。自古以来,antityrosinase活动显示的干树皮粉Hesperethusa crenulata,Naringi crenulata,Limonia acidissima和传统上用于皮肤美白治疗在印度次大陆和东南亚28]。同样,从叶子和茎中提取得到的罗汉松elongatus,p . falcatus,p . henkelii,p . latifolius显示酪氨酸酶抑制,也被用于传统医学在非洲南部[2]。

正如前面所讨论的,SPR光谱可以评估绑定分子之间的相互作用。在这项研究中,SPR技术用于研究山药酪氨酸酶的结合亲和力和动力学抑制剂分子。表面等离子体共振是一种biosensor-based技术,它可以严格用于药物发现和提出了显著的优势包括快速响应时间和multianalytes同时检测的能力。SPR广泛用于生物化学和分析化学的生物分子之间的相互作用,例如,在抗原抗体相互作用和rna dna杂交过程,诊断的细菌、病毒诱导疾病,biosimilarity,血清量化,和调查的激素、类固醇、免疫球蛋白、凝血因子等(29日]。

在目前的研究中,山药酪氨酸酶固定化在黄金传感器芯片(CM5)葡聚糖矩阵使用胺耦合方法的最终响应1300单位(俄文)15]。小分子通过在晶片表面上的山药酪氨酸酶固定化,和协会(k一个)和离解率(kd)的特定抑制剂计算(表1)。较慢的代表是绑定阶段ka1kd1,在快速变化的过渡阶段类似ka2kd2。曲酸显示出KD6.39×10−6米,因此对山药酪氨酸酶亲和力最高,如藏红花素相比KD0.001662其次是对苯二酚KD= 0.2432 M。左旋多巴,作为衬底,显示最大的亲和力KD= 1.35×10−6M根据早前的报导[15]。的集成电路50价值观和效力实验计算抑制剂:对苯二酚(1.5毫米),藏红花素(1毫米)和曲酸(0.1μ米)(图1(一)- - - - - -1 (c))。


化合物 ka1(1 /女士) kd1(1 / s) ka2(1 / s) kd2(1 / s) KD(M)

曲酸 334.3±16 0.03182±0.0013 5.39×10−3±7.8×10−5 0.03877×10−3±6.5×10−4 6.39×10−6
对苯二酚 2.893±0.13 0.9166±0.02 1.569×10−3±3.5×10−5 5.185×10−3±1.3×10−4 0.2432
藏红花素 224.3±11 0.5772±0.025 3.525×10−3±9.7×10−5 6.429×10−3±1.4×10−4 0.001662
左旋多巴 9.54×104 0.5089±0.085 0.001544±1.50×104 5.23×10−4±8.40×10−5 1.35×10−6

分析物的竞争也是研究和适合异构数据分析物动力学模型。分子小,分子量为对苯二酚(110.11克/摩尔),曲酸(142.11克/摩尔),和左旋多巴(197.19克/摩尔),除了藏红花素(976.972克/摩尔)。很明显,像藏红花素抑制剂与高分子量给更高的响应(图2(一个)比曲酸(图)2 (b))和对苯二酚(图2 (c)左旋多巴衬底(图),甚至2 (d))。竞争实验帮助解决这种效应通过混合低收入和高分子量抑制剂和执行异构分析物分子动力学的结合被允许运行在传感器芯片表面(30.]。竞争分析物对苯二酚+藏红花素(图3(一个)),曲酸+对苯二酚(图3 (b))和藏红花素+左旋多巴(图3 (c))的增加与单个分子的反应。此外,KD值降低分子竞争:2.14×10−7M和7.15×10−7对苯二酚+藏红花素,5.31 M×10−7M和2.26×10−6米曲酸+对苯二酚和2.4×10−7M和2.3×10−7藏红花素+左旋多巴(表2)。异构的分析物的生物传感器响应取决于协会和离解率(k一个,kd)高和低分子量的抑制剂13]。数据来源于这个实验还表明,抑制剂的组合(自然源+合成源)比两种合成抑制剂的结合更有效。因此,这样的组合抑制剂可以用于更有效地抑制这种酶。


化合物 ka1(1 /女士) kd1(1 / s) ka2(1 / s) kd2(1 / s) KD1(M) KD2(M)

对苯二酚+藏红花素 32.99×104±3.2×104 0.0705±2.4×10−3 5.93×104±7.80×103 4.24×10−2 2.14×10−7 7.15×10−7
曲酸+对苯二酚 6.36×104±26×103 0.03372±2.3×10−3 6.7×104±2.0×104 1.51×10−1 5.31×10−7 2.26×10−6
藏红花素+左旋多巴 6.62×103±7.6×103 0.001587±0.3×10−3 11.05×104±1.2×105 2.54×10−2 2.4×10−7 2.3×10−7

K D1K D2代表第一和第二的速率常数抑制剂鸡尾酒,分别。

因此,数据来源于实验给了两个不同的KD值,KD1第一抑制剂KD2第二抑制剂的组合。观察到的KD从表(表值12)确保藏红花素的结合亲和力,对苯二酚,曲酸、左旋多巴在组合增加了亲和力或动能率比单个分子。酪氨酸酶是一种酶具有双重活动,因此拥有两个领域。因此,抑制剂混合物中竞争和绑定的域名山药酪氨酸酶固定化的传感器芯片,给不同KD值。

这些动力学荧光光谱的研究结果也支持。山药酪氨酸酶的荧光强度记录之前和之后的藏红花素、对苯二酚、曲酸抑制剂,山药酪氨酸酶的构象改变由于抑制剂(图确认4(一))。色氨酸荧光已经经常检查内在芳烃荧光团中酪氨酸酶分子,观察构象变化。山药酪氨酸酶有很强的荧光发射峰在307 nm激发态(λ前女友在270 nm)。没有谱的转变藏红花素的存在和曲酸荧光发射峰,而对苯二酚显示红移(红移)与一个发射峰波长319 nm。

同时,异构混合物抑制剂和底物也被证明是戏剧性的三级结构变化。收集山药酪氨酸酶的荧光发射光谱组合的分子表现出抑制酪氨酸酶通过改变它的极性(图4 (b))。对苯二酚的组合+藏红花素、曲酸+对苯二酚都表现出红转变伴随减少荧光强度的最大发射波长321 nm。相比之下,藏红花素+左旋多巴显示荧光强度的变化的最大发射310海里。从这些荧光研究获得的数据也支持竞争实验。一些蘑菇酪氨酸酶报告援引荧光的变化前后的抑制剂,如类黄酮(17),乙醇酸(31日],dihydromyricetin [32]。构象变化是评估通过测量荧光强度后的蘑菇酪氨酸酶的浓缩单宁热带榕属植物对显示antityrosinase活动(33]。测量荧光的变化表明,有邻苯二甲酸的段蘑菇酪氨酸酶的活性部位的变化间接绑定(34]。

山药的结构性变化中酪氨酸酶抑制剂的存在也证实了圆二色性光谱(图5)。Karbassi et al。18)执行CD光谱研究确定SDS对蘑菇酪氨酸酶的影响。后来,帕蒂尔et al。35]显示蘑菇酪氨酸酶的构象变化的单宁酸、焦棓酸、儿茶酚、藏红花、和间苯三酚抑制剂。在这项工作中,我们检查了我们组的效果在山药酪氨酸酶抑制剂及其异构混合物。所有抑制剂、基质和组合显示酶的二级结构的变化。的混合抑制剂表现出更重要的二级结构的变化比个人的原生酶抑制剂。山药酪氨酸酶的二级结构的变化百分比个人抑制剂和混合抑制剂的存在给出了表3。总之,不同抑制剂的组合更有效改变蛋白质的构象比个人抑制剂。因此CD光谱研究证实的SPR和荧光光谱研究抑制剂的组合被证明是比只是个人更好的抑制剂。


变化百分比 化合物
控制 藏红花素 对苯二酚 曲酸 左旋多巴 C1 C2 C3

α螺旋 15.6 9.5 11.9 14.9 8.2 7.2 7.9 7.1
β 33.8 36.5 35.2 32.3 25.8 39 40.2 30.9
Β-turns 2。1 4.6 4.5 4.5 13.5 5.2 3.2 11

C1:对苯二酚+藏红花素;C2:曲酸+苯二酚;和C3:藏红花素+左旋多巴。数据作为三个复制的均值与标准差(n= 3)。

目前的工作提出了一种异构的分析研究来确定两个分子的相互作用同时对一种酶,结果两组为每一个速率常数。响应的贡献分析物都是考虑考虑分子量和浓度的分析物。在异构分析物的情况下,分子绑定到目标分子的网站都是才从表面释放分离发生在两个地点;所以观察离解速率慢得多,一个网站绑定与高亲和力。这个概念被称为贪欲。这项研究还显示,低分子量分子给低反应,而高分子量分子显示Biacore相当高的反应研究。同样,荧光和圆二色性光谱研究显示效率抑制酪氨酸酶的活性化合物的混合物。

4所示。结论

本研究展示了天然和合成抑制剂的影响随着底物分子。的混合物比个人更有效地抑制山药酪氨酸酶抑制剂的分子。抑制剂的组合有一个很重要的影响山药酪氨酸酶的动力学和二、三级结构。一种不同的方法研究了不同分析物动力学模型来推导KD值分子竞争。KD混合物中的值有较高的亲和力比个人的抑制剂,最终的结果是增加绑定关联。这些数据将有助于设计协同抑制剂类似的酶动力学研究。应该鼓励这样一种酶抑制方法有效抑制酶。该方法可以提供定性和定量数据绑定动力学。目前的工作的意义是,所有实验进行一个固定化酶表面使结果更加可靠和可重复的。这些策略的传感器可以用于药物发现和开发过程。

数据可用性

数据、表和化验结果和结论用于制备条件来支持本研究的结果中包括这篇文章。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

第一作者希望Shivaji大学支付她的感激之情,戈尔,授予金禧研究奖学金(GJRF)。第一作者也希望感谢DST-PURSE授予初级研究奖学金。国家博士后奖学金(N-PDF)从塞尔维亚Sushama a .帕蒂尔博士,印度。相应的作者希望感谢跨学科项目赞助的生命科学部门生物技术,印度政府,在DBT-IPLS计划。所有作者要感谢Laxman Bavkar先生,生物化学,Shivaji大学戈尔,协助荧光光谱研究。

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