Пероксидаза хрена
| Пероксидаза хрена | |||
|---|---|---|---|
 Пероксидаза хрена C1 [1] | |||
| Идентификаторы | |||
| Организм | |||
| Символ | Пероксидаза C1A | ||
| Альт. символы | PRXC1A | ||
| ПДБ | 1W4W Больше структур | ||
| ЮниПрот | P00433 | ||
| Другие данные | |||
| Номер ЕС | 1.11.1.7 | ||
| |||
Фермент пероксидаза хрена ( HRP ), обнаруженный в корнях хрена , широко используется в биохимии . Это металлофермент со многими изоформами, из которых наиболее изучен тип С. Он катализирует окисление различных органических субстратов перекисью водорода.
Структура
[ редактировать ]Структура фермента была впервые определена с помощью рентгеновской кристаллографии в 1997 году. [2] и с тех пор решалась несколько раз с различными подложками. [3] Это большой альфа-спиральный гликопротеин, который связывает гем в качестве окислительно-восстановительного кофактора .
Субстраты
[ редактировать ]Сам по себе фермент HRP или его конъюгаты имеют небольшую ценность; его присутствие необходимо сделать видимым с помощью субстрата , который при окислении HRP с использованием перекиси водорода в качестве окислителя дает характерное изменение цвета, которое можно обнаружить спектрофотометрическими методами. [4] [5]
Многочисленные субстраты пероксидазы хрена были описаны и коммерциализированы для использования желаемых свойств HRP. Эти субстраты делятся на несколько различных категорий. HRP катализирует превращение хромогенных субстратов (например, TMB , DAB , ABTS ) в окрашенные продукты и производит свет при воздействии на хемилюминесцентные субстраты (например, усиленная хемилюминесценция люминола ) . [ нужна ссылка ]
Приложения
[ редактировать ]Пероксидаза хрена представляет собой гликопротеин массой 44 173,9 дальтон с шестью остатками лизина , который можно конъюгировать с меченой молекулой. Он дает цветную флуориметрическую [6] или люминесцентное производное меченой молекулы при инкубации с подходящим субстратом, что позволяет его обнаружить и количественно оценить.HRP часто используется в конъюгатах (молекулах, соединенных генетически или химически) для определения присутствия молекулярной мишени. Например, антитело, конъюгированное с HRP, можно использовать для обнаружения небольшого количества специфического белка при вестерн-блоттинге . Здесь антитело обеспечивает специфичность обнаружения интересующего белка, а фермент HRP в присутствии субстрата производит обнаруживаемый сигнал. [7] Пероксидаза хрена также широко используется в таких методах, как ИФА и иммуногистохимия, из-за ее мономерной природы и легкости, с которой она дает окрашенные продукты. Пероксидаза, гемсодержащая оксидоредуктаза, представляет собой коммерчески важный фермент, который катализирует восстановительное расщепление перекиси водорода донором электронов.
Пероксидаза хрена идеальна во многих отношениях для этих целей, поскольку она меньше по размерам, более стабильна и менее дорога, чем другие популярные альтернативы, такие как щелочная фосфатаза . Он также имеет высокую скорость оборота, что позволяет генерировать сильные сигналы за относительно короткий промежуток времени. [8] Высокие концентрации фосфатов серьезно снижают стабильность пероксидазы хрена. Помимо биомедицинского применения, пероксидаза хрена является одним из ферментов, имеющих важное экологическое применение. Этот фермент подходит для удаления гидроксилированных ароматических соединений (ГАС), которые считаются основными загрязнителями в самых разных промышленных сточных водах . [9]
Более того: «В последние годы техника маркировки нейронов с помощью фермента пероксидазы хрена стала основным инструментом. За свою короткую историю этот метод, вероятно, использовался большим количеством нейробиологов, чем краситель Гольджи с момента его открытия в 1870 году». [10]
Улучшенная хемилюминесценция
[ редактировать ]Пероксидаза хрена катализирует окисление люминола до 3-аминофталата через несколько промежуточных продуктов. Реакция сопровождается излучением света низкой интенсивности при 428 нм. В присутствии определенных химических веществ излучаемый свет усиливается до 1000 раз, что облегчает обнаружение света и повышает чувствительность реакции. Увеличение светового излучения называется усиленной хемилюминесценцией (ECL). Можно использовать несколько усилителей, например широко известные модифицированные фенолы (в основном йодфенол). В некоторых субстратах, представленных на рынке, используются другие усилители, которые приводят к увеличению сигнала люминесценции до 13 раз по сравнению с субстратами, усиленными фенолом. [11] Интенсивность света является мерой количества реагирующих молекул фермента и, следовательно, количества гибрида.ECL прост в настройке и чувствителен: он обнаруживает около 0,5 пг нуклеиновой кислоты в Саузерн-блоттинге и нозерн-блоттинге . Обнаружение с помощью хемилюминесцентных субстратов имеет ряд преимуществ по сравнению с хромогенными субстратами. Чувствительность в 10–100 раз выше, и количественная оценка светового излучения возможна в широком динамическом диапазоне, тогда как для цветных осадков гораздо более ограничена, примерно на порядок меньше. Удаление фильтров намного проще при использовании хемилюминесцентных подложек. [ нужна ссылка ]
Синтез полимеров
[ редактировать ]
Пероксидазу хрена можно использовать для различных реакций полимеризации, но наиболее изученной из них является полимеризация производных фенола. [12] Однако пероксидазу хрена также можно использовать в качестве катализатора реакций радикальной полимеризации с переносом атома. [13] и создавать полимеры в отсутствие перекиси водорода. В этом случае субстратом для HRP является алкилгалогенид или алкилнитрил, [14] которые являются инициаторами реакций ATRP. HRP реагирует с такими соединениями, создавая радикалы, которые начинают полимеризацию. ATRP, катализируемая HRP, обеспечивает уровень контроля над полимеризацией, сравнимый с тем, который достигается в реакции, катализируемой металлами.
Имитаторы HRP
[ редактировать ]Было исследовано множество материалов, имитирующих природный HRP. Например, наночастицы оксида железа и геминсодержащие комплексы использовались для имитации HRP. [15] Эти HRP-подобные искусственные ферменты использовались для многих целей: от обнаружения биомаркеров и иммуноокрашивания опухолей до борьбы с биообрастанием.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ ВВП : 1w4w ; Карлссон Г.Х., Николлс П., Свистуненко Д., Берглунд Г.И., Хайду Дж. (январь 2005 г.). «Комплексы пероксидазы хрена с формиатом, ацетатом и окисью углерода». Биохимия . 44 (2): 635–42. дои : 10.1021/bi0483211 . ПМИД 15641789 .
- ^ PDB : 1ATJ ; Гайхеде М, Шуллер Д.Д., Хенриксен А., Смит А.Т., Пулос Т.Л. (декабрь 1997 г.). «Кристаллическая структура пероксидазы С хрена при разрешении 2,15 А». Структурная биология природы . 4 (12): 1032–8. дои : 10.1038/nsb1297-1032 . ПМИД 9406554 . S2CID 8535268 .
- ^ «Последовательности PDB, связанные с пероксидазой C1A» . ЮниПДБ . Европейский институт биоинформатики.
- ^ Вейч, Северная Каролина (февраль 2004 г.). «Пероксидаза хрена: современный взгляд на классический фермент». Фитохимия . 65 (3): 249–59. doi : 10.1016/j.phytochem.2003.10.022 . ПМИД 14751298 .
- ^ Аккара Дж.А., Сенекал К.Дж., Каплан Д.Л. (октябрь 1991 г.). «Синтез и характеристика полимеров, полученных пероксидазой хрена в диоксане» . Журнал полимерной науки . 29 (11): 1561–74. Бибкод : 1991JPoSA..29.1561A . дои : 10.1002/pola.1991.080291105 .
- ^ Ачарья А.П., Нафиси П.М., Гарднер А., Маккей Дж.Л., Кунду К., Кумар С., Мурти Н. (2013). «Флуоресцентный зонд пероксидазы увеличивает чувствительность коммерческих ИФА на два порядка» . Хим Коммун . 49 (88): 10379–10381. дои : 10.1039/c3cc44783a . ПМК 4011665 . ПМИД 24071916 .
- ^ Чау Ю.П., Лу КС (1995). «Исследование свойств гемато-ганглионного барьера в симпатических ганглиях крыс с использованием ионов лантана и пероксидазы хрена в качестве индикаторов». Акта Анатомика . 153 (2): 135–44. дои : 10.1159/000313647 . ПМИД 8560966 .
- ^ Бейзави К., Хэмптон С., Квасовски П., Фиклин С., Маркс В., Клифт Р. (март 1987 г.). «Сравнение антител, меченных пероксидазой хрена и щелочной фосфатазой, в иммуноферментных анализах» . Анналы клинической биохимии . 24 (Часть 2) (2): 145–52. дои : 10.1177/000456328702400204 . ПМИД 3035992 . S2CID 40978557 .
- ^ Гасемпур С., Тораби С.Ф., Ранаи-Сиадат С.О., Джалали-Херави М., Гаеми Н., Хадже К. (октябрь 2007 г.). «Оптимизация катализируемого пероксидазой процесса окислительного сочетания для удаления фенола из сточных вод с использованием методологии поверхности отклика». Экологические науки и технологии . 41 (20): 7073–9. Бибкод : 2007EnST...41.7073G . дои : 10.1021/es070626q . ПМИД 17993150 .
- ^ Лихтман Дж.В., Первес Д. (1985). «Маркировка клеток пероксидазой хрена» . Принципы нейронного развития . Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates. п. 114 . ISBN 978-0-87893-744-8 .
- ^ Субстрат для высокоинтенсивного HRP-хемилюминесценции для ИФА. Архивировано 8 апреля 2016 г. в Wayback Machine . Haemoscan.com (11 февраля 2016 г.). Проверено 29 марта 2016 г.
- ^ Лопес, Гвидо Р.; Пинто, Диана CGA; Сильва, Артур М.С. (2014). «Пероксидаза хрена (HRP) как инструмент зеленой химии» . РСК Прогресс . 4 (70): 37244–37265. дои : 10.1039/C4RA06094F .
- ^ Сигг, Северин Дж.; Сейди, Фарзад; Ренггли, Каспер; Сильва, Тилана Б.; Кали, Гергели; Брунс, Нико (ноябрь 2011 г.). «Пероксидаза хрена как катализатор радикальной полимеризации с переносом атома» . Макромолекулярная быстрая связь . 32 (21): 1710–1715. дои : 10.1002/marc.201100349 . ISSN 1022-1336 .
- ^ Нг, Йип-Хунг; Лена, Фабио ди; Чай, Кристина Л.Л. (24 мая 2011 г.). «ПолиПЭГА с заданной молекулярной массой, полученной в результате ферментативной радикальной полимеризации в воде» . Химические коммуникации . 47 (22): 6464–6466. дои : 10.1039/C1CC10989H . ISSN 1364-548X .
- ^ Вэй Х, Ван Э (июль 2013 г.). «Наноматериалы с ферментоподобными характеристиками (нанозимы): искусственные ферменты нового поколения». Обзоры химического общества . 42 (14): 6060–93. дои : 10.1039/C3CS35486E . ПМИД 23740388 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Пероксидаза хрена в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
