Биосинтез изотопные метки

Главным средством экспериментального изучения путей биосинтеза стало использование изотопных меток для обычных элементов, таких как изотопы углерода, и водорода, и Н, азота, и кислорода, С этой целью проводят замещение природного изотопа в определенном положении молекулы реагента на изотопную метку, а после проведения реакции определяют посредством какого-либо из инструментальных методов, где находится эта метка в молекуле продукта реакции. Таким образом можно картировать пути реакций. Сейчас уже нет необходимости проводить расщепление сложных молекул химическими методами для того, чтобы определить расположение изотопной метки. Развитие методов спектроскопии ЯМР с целью наблюдения сигналов стабильных изотопов тяжелых ядер и доступность спектрометров высокого разрешения произвели революцию в решении таких задач. Эти методы ЯМР позволили определить пути биосинтеза сильных ядов, которые вырабатываются грибами, поражающими зерно и другие продовольственные товары. Токсины этого типа, такие как производные афлатоксина и трихотецина, представляют большую угрозу экономике и здоровью населения. [c.170]

Метод изотопной метки основан на том, что к растущей культуре прибавляют интермедиат, например меченую глутаминовую кислоту. Она препятствует своему эндогенному синтезу и включается в биосинтез белка. Затем, выделяя и фракционируя белок клеточной популяции, обнаруживают метку и в других аминокислотах, в частности в пролине и аргинине, следовательно, глутаминовая кислота — их предшественник. [c.20]

Еще одной областью, в которой масс-спектрометрия имеет первостепенное значение, является определение изотопного состава. В первую очередь это необходимо в тех исследованиях, где используются метки стабильных изотопов. В частности, Н, С, или 0 используют для определения пути накопления вещества в человеческом теле или для выяснения путей биосинтеза в [c.301]

В принципе, все тяжелые изотопы можно определить методом масс-спектрометрии. Наличие в масс-спектрах пиков, соответствующих как молекулярным ионам, так и фрагментам, массовые числа которых на соответствующее число единиц массы выше нормальных значений, указывает на наличие изотопных ядер н их число в молекуле, а интенсивности этих пиков (в сравнении с обычными спектрами) позволяют определить их относительное содержание точность определения зависит от характеристик прибора. Для масс-спектрометрии требуется очень небольшое количество исследуемого вещества. Если спектр поддается интерпретации, то можно определить и положение тяжелых атомов в молекуле или, по крайней мере, в определенных ее участках, что в ряг е случаев может быть достаточным для решения конкретной задачи. В случае масс-спектрометрия является единственно возмол<ным методом исследования. Масс-спектрометрию в ряде случаев успешно применяли для выяснения путей биосинтеза или решения отдельных специфических задач, чаще всего для изучения механизмов окисления (путем определения числа и положения атомов кислорода, введенных в процессе инкубации в атмосфере Юг, а такл<е, например, и для проверки поликетидного происхождения атомов кислорода (с помощью [ 0г] уксусной кислоты в качестве источника метки). Удобно и иногда дает хорошие результаты введение (из С Ог) в карбоксильные группы. Единственным доступным изотопом азота является [c.474]

Существует несколько способов получения меченых органических соединений. Прежде всего, радиоактивный изотоп может быть введен в молекулу исследуемого соединения в процессе прямого химического синтеза этого соединения из исходных продуктов, один из которых содержит радиоактивный изотоп. Прямой химический синтез является основным методом, с помощью которого можно обеспечить введение радиоактивной метки в строго определенное положение в молекуле. Для получения меченых соединений используют также специфические радиохимические методы (изотопный обмен, метод атомов отдачи) и биосинтез. С помощью изотопного обмена в ряде случаев удается получать соединения, меченные радиоактивным изотопом в определенном положении использование других методов синтеза приводит, как правило, к получению соединений, в молекулах которых радиоактивную метку может нести любой из атомов данного элемента. [c.296]

Помимо химического синтеза применяются другие методы получения меченых соединений изотопный обмен, биосинтез и др. при этом обычно получаются соединения с меткой в произвольном положении. [c.10]

Соотношение между липофильной углеводородной частью и гидрофильной ионной группировкой в амидных солях типа I таково, что эти соли являются поверхностно-активными агентами, способными в водной среде переводить липиды в коллоидные дисперсии. Желчь, поступающая в кишечник, Эмульгирует нейтральные -жиры и липоидные витамины пищи и тем самым облегчает их проникновение через стенки кишечника в кровь. Исследования, проведенные с использованием изотопной метки, показали, что холестерин яв1яется предшественником в биосинтезе желчных кислот и стероидных гормонов, однако желчь в нормальном организме содержит лишь следы свободного холестерина. В организме человека, а также некоторых животных, запас желчи накапливается в желчном пузыре, связанном с печенью (человек, овцы, крупный рогатый скот) или расположенном внутри печени (акула). [c.639]

Введение изотопной метки [20] используется для изучения биосинтеза и биораспада природных соединений, изучения метаболизма фармацевтических препаратов и других химических соединений в растительных и животных организмах, а также для радиоиммунологического анализа [21] и анализа методом изотопного разведения. Кроме того, меченые изотопами соединения успешно используются для выяснения механизмов реакций [22]. С помощью воды, меченной изотопом 0 (Нз О), можно разрешить вопрос о месте разрыва сложнозфирной связи при [c.444]

Результаты работы программы REA T при моделировании опытов с мечеными атомами, предназначенных для исследования путей биосинтеза, производят еще большее впечатление. Имея возможность прослеживать преврашения предшественников в продукты реакции и перемещение изотопной метки сквозь всю цепочку реакций, программа позволяет систематически исследовать все возможные аспекты предложенного механизма и предотвращает постановку нечетких экспериментов. Таким образом, она представляет собой новый мощный инструмент эффективного поиска меченых предшественников, дающих максимум информации. Истин и Гронье недавно использовали программу SOS для осуществления сравнительного изучения метаболитов, появление которых ожидается при биологическом разложении фосфороргани-ческого пестицида сульфурида [176]. [c.52]

Биосинтез ферментов необходим для поддержания жизни. Очевидно, когда в процессе роста увеличивается масса живого вещества, параллельно с этим увеличивается л число юлекул каждого необходимого фермента. Но непрерывный синтез ферментов должен происходить даже в отсутствие роста, с тем чтобы восполнять убыль молекул вследствие их разрушения, поскольку продолжительность жизни ферментов в клетках ограничена. Опыты с применением изотопной метки показали, что, хотя стабильность ферментов в физиологических условиях различается, продолжительность их жизни в большинстве случаев измеряется днями. Без постоянного биосинтеза фе[> у ентов жизнь остановилась бы, так как она зависит от работы ферментных систем, которые катализируют химические реакции, з совокупности определяющие метаболизм живых систем. Не менее важно, что жизнь возможна только б отсутствие ферментов, нарушающих нормальный ход метаболизма, т. е. ферменть5 должны обладать правильными активностями. [c.3]

Первый этап — включение изотопной метки в клеточные макромолекулы путем химического присоединения, биосинтеза или ферментативного катализа. Обычно клеточные белки метят иодированием с помощью лактопероксидазы (разд. И, А) или включением радиоактивных аминокислот в процессе биосинтеза в кратковременной клеточной культуре (разд. И, Б). Гликопротеиды и углеводы можно пометить методом восстановления бор-гидридом (разд. II, В) или путем биосинтетического включения радиоактивных сахаров (используя процедуру, сходную с описанной для включения аминокислот). [c.181]

Участие аминокислот в биосинтезе порфи-риновых колец гемов и хлорофиллов было вначале открыто в экспериментах по введению изотопной метки, проведенных Дэвидом Шемином (David Shemin) и его коллега- [c.248]

МЕЧЕНЫЕ СОЕДИ11ЁПИЯ, хим. соед., содержащие стабильные или радиоактивные нуклиды и используемые в качестве изотопных индикаторов. Большое число М. с. производят пром. способами, однако их можно получить и лаб. методами из меченого сырья. Для получения М. с., содержащих радиоактивные нуклиды, применяют, помимо обычного хим. синтеза, изотопный обмен, р-ции с участием горячих атомов, биосинтез и нек-рые др. спец. приемы. При выборе метода приготовления следует учитывать, что один метод позволяет получить М.с., содержащее атом-метку в строго определенном положении (напр., хлорбензол, содержащий атом только в положении 1), другие-М. с., в к-ром положение метки не фиксировано (напр., меченная радионуклидом глюкоза, получаемая биосинтезом с использованием в качестве исходного сырья СОз). В нек-рые простые соед., характеризующиеся высокой радиац. устойчивостью, радиоактивную метку можно ввести, облучая в-во потоком нейтронов, протонов или др. частиц. Напр., в СВг радиоактивную метку можно ввести облучением нейтронами Вг( , у) Вг. [c.78]

Трудности третьего типа возникают тогда, когда меченое соединение биологически не идентично немеченому, т. е. когда имеет 1есто так называемый изотопный эффект . К счастью, биологический изотопный эффект имеет ту же самую основу и подчинЯ ется тем же правилам, что и эффекты химических систем поэтому его учет не представляет больших сложностей для химика. В частности, изотопные эффекты обычно проявляются только у изотопов водорода. Следует иметь в виду, что радиоактивные изотопы обычно занимают только небольшую часть меченых полох<ений . Так, в образце [ 1- С,2-ЗН] ацетата большая часть молекул не содержит ни одного изотопа, практически нет молекул, имеющих оба изотопа, и совершенно отсутствуют соединения, содержащие более одного атома трития. Так, если образец превращается химическим или биологическим путем в СНС СОК, не следует ожидать, что 2/3 всего количества трития будет потеряно наиболее вероятный результат будет зависеть от тонких деталей механизмов превращений. Ситуация складывается совершенно иначе, если все возможные положения действительно заняты атомами изотопа, как это обычно бывает в случае тяжелых изотопов, например [2-2Нз] ацетата. Так, для определения числа атомов водорода, переносимых вместе с атомом углерода в процессе С-метилирования, обычно используют [Ме-2Нз] метионин (при этом основным методом анализа служит масс-спектрометрия). Стереоспецифическое введение метки, например частичное включение в прохираль-ную СНг-группу, широко применяется для изучения стереохимии процессов биосинтеза. В любом случае, однако, следует помнить, что скорость реакций меченых соединений может отличаться от скорости реакций немеченых аналогов, и интерпретировать результаты с необходимой осторох<ностью в общем случае предпочтительным является эксперимент, дающий ответ типа да — нет, а не тот, который можно интерпретировать только на основе неопределенных в количественном отношении изотопных эффектов. [c.469]

Изотопные эффекты при использовании С незначительны, а реакции, приводящие к потере метки, очень редки. Выпускается широкий набор меченных С соединений, пригодных для непосредственного применения или в качестве исходных веществ для синтеза. Однако синтез меченых соединений с достаточно высокой для использования в работах по биосинтезу удельной активностью часто требует особого искусства [104,105] трудности связаны с необходимостью сведёния к минимуму потерь при работе с небольшими количествами веществ и с обеспечением минимального разбавления. Для получения сложных меченых метаболитов и их последующего включения часто применяют биосинтетическое включение С из простого предшественника. Эта методика, однако, неизбежно приводит к двукратному разведению меченого соединения, и, соответственно, потери должны быть очень велики. Кроме того, всегда существует опасность, что меченные таким образом природные поликетиды будут легко подвергаться биологическому расщеплению с образованием значительных количеств специфически меченного ацетата. Методы обнаружения радиоактивности настолько чувствительны, что такого рода непрямое включение может быть ошибочно принято за непосредственное включение необходим внутренний контроль, например, путем одновременного определения включения в какое-либо неродственное соединение типа жирной кислоты. По указанным причинам результаты таких исследований не должны содержать никаких неоднозначных данных, только тогда они будут в принципе приемлемы. [c.471]

Спустя полстолетия после того, как классические исследования строения в результате опытов Фишера были доведены до успешного завершения, некоторые реакции расщепления, на которых было основано установление структуры, нашли новое использование при выяснении путей биосинтеза мочевой кислоты. Среди продуктов реакций расщепления, изображенных выше, имеются мочевина, глицин, двуокись углерода и глиоксиловая кислота, и поэтому кажется вполне вероятным, что эти вещества являются предшественниками мочевой кислоты, т. е. что из них строятся некоторые части ее молекулы. Вопрос о том, действительно ли данное вещество является биогенетическим предшественником, может быть решен путем синтеза этого вещества в моченной изотопами форме и введения его в организм животного (опыты с мочевой кислотой проводились на голубях и на людях). Биосинтетическую мочевую кислоту затем выделяли из мочи и подвергали расщеплению, з результате чего обнаруживали положения, в которых находились меченые атомы. Если после введения изотопно-меченого карбоната биосинтетическую мочевую кислоту окислить до аллантоина, то изотоп обнаружится в образующейся двуокиси углерода, из чего можно заключить, что метка находилась на углероде 6. В отличие от этого, при применении меченой муравьиной кислоты образуется вещество, которое при окислении двуокисью свинца выделяет лишь неизотопную двуокись углерода. Однако при окислении этого же образца мочевой кислоты азотной кислотой обнаруживается, что меченый углерод муравьиной кислоты входит в другие положения молекулы. Из мочевины, образовавшейся как при окислении мочевой кислоты, так и при гидролизе аллоксана, в результате обработки энзимом уреазой получается наряду с аммиаком изотопная двуокись углерода, что указывает на то, что углероды 2 и 8 происходят из муравьиной кислоты. [c.629]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология