Введение. Биотехнология
Введение
Журнальчик БИОТЕХНОЛОГИЯ, 1996 г., N 10
Способы ПОЛУЧЕНИЯ АМИНОКИСЛОТ И БЕЛКОВ, МЕЧЕНЫХ Размеренными ИЗОТОПАМИ 2Н, 13С, 15N, 18О
О. В. МОСИН, Д.А. СКЛАДНЕВ, В.И. ШВЕЦ
Столичная муниципальная академия узкой хим технологии им. М.В. Ломоносова, 117571, г. Москва, проспект Вернадского, д.86
Данный обзор посвящён развитию современных биотехнологических и химико-ферментативных способов по получению аминокислот и белков, меченных размеренными изотопами 2Н, 13С, 15N, 18О. Рассмотрены потенциальные способности этих способов для направленного синтеза изотопномеченых аминокислот и белков. Представлены собственные и имеющиеся в литературе данные по получению и использованию синтезированных меченых соединений в разнопрофильных биохимических исследовательских работах с применением способов спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР), инфракрасной (ИК) и лазерной спектроскопии, также масс-спектрометрии.
Ключевики: постоянные изотопы; мельчайшие организмы; биосинтез; аминокислоты и белки.
ВВЕДЕНИЕ
Способ обогащения молекул размеренными изотопами (2Н, 13C, 15N, 18О и другие) является в текущее время принципиальным направлением в биохимических и структурно-функциональных исследовательских работах различных природных соединений и, а именно, аминокислот и белков [1-7]. Эти изотопномеченые на биологическом уровне активные соединения (БАС), приобретенные данным способом с разными уровнями изотопного обогащения, от селективно до униформно меченых, являются комфортными инструментами для разнопрофильных метаболических и биохимических исследовательских работ [8, 9], мед диагностики разных болезней [10-13], хим синтезов различных изотопномеченых соединений на их базе. К примеру, [2H]и [13C]фенилаланин и [2H]и [13C]тирозин применены в синтезах меченых аналогов пептидных гормонов и нейропептидов [14, 15].
Тенденции к желательному применению размеренных изотопов по сопоставлению с их радиоактивными аналогами обоснованы отсутствием радиационной угрозы и возможностью определения локализации метки в молекуле способами высочайшего разрешения: спектроскопией ЯМР [16-19], ИК[20, 21] и лазерной спектроскопией [22, 23], масс-спектрометрией [24, 25]. Развитие этих способов детекции размеренных изотопов за последние годы позволило повысить эффективность проведения бессчетных био исследовательских работ de novo, также учить структуру и механизм деяния многих клеточных БАС на молекулярном уровне.
Вот поэтому разработка путей получения аминокислот и белков, меченных размеренными изотопами, является животрепещущей задачей для современной биотехнологии. Но, различные способы, применяемые для введения размеренных изотопов в молекулы БАС, обычно приводят к получению препаратов, представляющих из себя консистенции молекул, различающихся количеством атомов, замещённых на постоянные изотопы. Потому нужно разрабатывать и использовать новые подходы по получению изотопномеченых БАС, основанные на использовании генно-инженерных способов, композиции биотехнологических и химико-ферментативных подходов и т. п. Зависимо от цели исследования при реализации того либо другого подхода по получению изотопномеченых аминокислот и белков должны учитываться их цена, выходы, способности более полного выделения и чистки, также изотопная чистота синтезированных товаров. При получении изотопномеченых аминокислот и белков главные издержки связаны с закупкой сырья (субстрата), расходом электроэнергии (на смешивание, аэрацию и процессы массопереноса) и остыванием (термообменом). При использовании природных сырьевых источников (пептонов, белково-витаминных концентратов и т. п.) в качестве субстратов для производства изотопномеченых БАС нужно также учесть расход электроэнергии, пара и горючего на подготовительную глубокую обработку сырья, чтоб перевоплотить его в поддающиеся микробиологическому воздействию соединения. Сравнительная оценка разных методов производства изотопномеченых аминокислот и белков указывает, что главные расходы тут связаны со ценой сырья, составляющей 70-80% всех издержек.
Внедрение аминокислот и белков, меченных размеренными изотопами, в значимой мере определяется ограниченной доступностью и накладностью самих высокоочищенных изотопов, выделяемых из разных природных источников. Природная распространенность размеренных изотопов варьирует от 0,015% (относительно полного количества элемента) для дейтерия, до 1,11% для изотопа углерода 13С, но, невзирая на низкое содержание изотопов в пробах, разработанные в последние годы способы обогащения и чистки размеренных изотопов позволяют получать меченые субстраты высочайшей степени изотопной чистоты.
Невзирая на всё растущий мировой энтузиазм к изотопномеченым БАС, в российскей литературе имеются только малочисленные сведения, касающиеся способов получения этих принципиальных соединений [26-28]. Целью реального обзора было более полное освещение способов биотехнологического получения аминокислот и белков, меченных размеренными изотопами 2Н, 13С, 15N, 18О.