13C,15N etiketli mantar ve bitki örnekleri çok boyutlu solid-state NMR spektroskopisi ve dinamik nükleer polarizasyon (DNP) araştırmalar için hazırlanması için bir protokol sunulmuştur.
Bu protokolü nasıl düzgün 13C, 15N etiketli mantar malzemeleri gösterir üretilen ve deneyler nasıl bu yumuşak malzeme solid-state NMR ve duyarlılık gelişmiş DNP için devam. Örnek işleme yordamı bitki biyolojik kütle Ayrıca ayrıntılı. Bu yöntem, bir dizi 1 D ve 2D 13C –13C ölçüm sağlar / yerli onların durumunda, en az pertürbasyon ile karmaşık Biyomalzeme yüksek çözünürlüklü yapısal aydınlatma sağlar15N korelasyon spectra. İzotop etiketleme 1 D spectra şiddeti ve 2D korelasyon spectra polarizasyon transfer verimi miktarının tarafından incelenebilir. Dinamik nükleer polarizasyon (DNP) numune hazırlama başarısı duyarlılık geliştirme faktörüyle değerlendirilebilir. Daha fazla deney polisakkaritler ve proteinler yapısal açılardan incelenmesi üç boyutlu mimari modeli için yol açacaktır. Bu yöntemler değiştirilebilir ve karbonhidrat açısından zengin malzemeler, bitkiler, mantarlar, algler ve bakteri, doğal hücre duvarları da dahil olmak üzere hem de sentez veya karbonhidrat polimerler ve onların karmaşık diğer tasarlanmış bir yelpazede araştırmak için uyarlanmış molekülleri.
Karbonhidratlar enerji depolama, yapısal bina ve hücresel tanıma ve yapışma gibi çeşitli biyolojik süreçlerin merkezi bir rol oynamaktadır. Onlar hücre duvarı zenginleştirilmiş olan bitkiler, mantarlar, algler ve bakteri1,2,3temel bir bileşenidir. Hücre duvarı biyoyakıt ve biyomalzeme üretiminde için merkezi bir kaynak yanı sıra antimikrobiyal tedaviler4,5,6,7,8 için umut verici bir hedef olarak hizmet vermektedir , 9.
Bu karmaşık malzemelerin çağdaş anlayış önemli ölçüde dört önemli biyokimyasal veya genetik yöntemlerle yapısal karakterizasyon adamış çabaları onlarca tarafından ileri. İlk büyük Yöntem sıralı tedavileri farklı bölümleri, içine hücre duvarları yıkmak için kuvvetli kimyasallar veya enzimler kullanarak kompozisyon tarafından takip kullanır ve bağlantı analizi her Kesir10şekerler. Bu yöntem polimerlerin etki alanı dağıtım ışık tutuyor ama yorumu biomolecules kimyasal ve fiziksel özellikleri nedeniyle yanıltıcı olabilir. Örneğin, alkali ekstrakte kesir daha az yapılandırılmış moleküllerin tek bir etki alanı veya dağınık şekilde ayrılmış molekülleri ile karşılaştırılabilir çözünürlük gelmektedir olup olmadığını belirlemek zordur. İkinci olarak, ayıklanan bölümleri veya tüm hücre duvarları da farklı molekül11,12,13, arasında çapraz olarak da adlandırılan kovalent bağları belirlemek için çözüm NMR kullanarak ölçülebilir 14,15. Bu şekilde ayrıntılı yapısı, kovalent çapa probed ancak sınırlamaları nedeniyle polisakkaritler, crosslinking sitelerin nispeten az sayıda ve stabilize kovalent olmayan etkileri cehalet çözünürlük düşük var olabilir polisakkarit ambalaj, hidrojen bağı, van der Waals kuvvetleri, elektrostatik etkileşim ve polimer dolanması gibi. Üçüncü olarak, bağlama benzeşme kararlı vitro izole polisakkaritler16,17,18,19ama yordamlar önemli ölçüde değiştirebilir arıtma kullanarak oldu yapısı ve özellikleri bu biomolecules. Bu yöntem aynı zamanda karmaşık ifade ve oluştururlar Meclisi biyosentezi sonra çoğaltmak başarısız olur. Son olarak, fenotip, hücre morfolojisi ve genetik mutantlar mekanik özellikleri belirli hücre duvarı bileşeni zayıflatılmış üretimi ile polisakkaritler yapısal işlevleri ışıkları döken, ama daha moleküler kanıtlar bunlar köprü için gereklidir protein makineleri20makroskopik gözlemleri ile mühendislik görev.
Geliştirilmesi ve çok boyutlu solid-state NMR spektroskopisi son gelişmeler bu yapısal bulmaca çözme için eşsiz bir fırsat girmiştik. 2D/3D solid-state NMR deneyler kompozisyon yüksek çözünürlüklü incelenmesi ve karbonhidrat açısından zengin malzemeler büyük pertürbasyon olmadan yerel devlet mimarisini etkinleştirin. Yapısal başarıyla yürütülen çalışmalar hem birincil hem de ikincil hücre duvarları bitkiler, catalytically tedavi biyokütle bakteriyel biyofilm, pigment hayaletler mantar ve son zamanlarda yazarların, patojenik bir mantar sağlam hücre duvarları Aspergillus fumigatus 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29 , 30 , 31. dinamik nükleer polarizasyon (DNP)32,33,34,35,36,37,38 gelişimi , 39 , 40 , 41 , DNP tarafından duyarlılık geliştirme belirgin bu karmaşık Biyomalzeme deneysel zamanı kısaltır gibi 42 NMR yapısal aydınlatma önemli ölçüde kolaylaştırır. Burada açıklanan protokol için izotop etiketleme-mantar A. fumigatus ve mantar hazırlama yordamları ve bitki örnekleri solid-state NMR ve DNP karakterizasyonu için ayrıntıları. Benzer etiketleme yordamlar değişmiş orta ile diğer mantarlar için geçerli olmalı ve örnek hazırlama yordamları genellikle diğer karbonhidrat açısından zengin Biyomalzeme uygulanabilir olmalıdır.
Biyokimyasal yöntemlerle karşılaştırıldığında, solid-state NMR bir non-yıkıcı ve yüksek çözünürlüklü Teknik olarak avantajları vardır. NMR da kompozisyon analizde nicel ve çoğu diğer analitik yöntemler aksine, değil belirsizlikler tanıttı biyopolimer sınırlı çözünürlük tarafından. Geçerli protokol kurulması karbonhidrat açısından zengin Biyomalzeme ve functionalized polimerler gelecek çalışmalar kolaylaştırır. Ancak, rezonans atama ve veri analizi zaman alıcı olması ve g…
The authors have nothing to disclose.
Bu eser NSF OIA-1833040 Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenmiştir. Ulusal yüksek manyetik alan Laboratuarı (NHMFL) DMR-1157490 ve Florida eyaletinde Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenmektedir. MAS-DNP sistem NHMFL, kısmen NIH S10 OD018519 ve NSF CHE-1229170 tarafından finanse edilmektedir.
Ammonium Molybdate Tetrahydrate | Acros Organics | 12054-85-2 | |
AMUPol | Cortecnet | C010P002 | |
Analytical weighing balance | Ohaus | B730439218 | Model PA84C |
Bioclave 16 L | VWR | 470230-598 | |
Biosafety Cabinet | Labconco corporation | 302319100 | |
Boric acid | VWR | BDH9222 | store at 15-30 °C |
Cobalt(II) Chloride Hexahydrate | Honeywell|Fluka | 60820 | ≥98 % |
Copper(II) Sulfate Pentahydrate | BDH | BDH9312 | ≥98 % |
Corning LSE shaking incubator | Thermo Fisher Scientific | 7202152 | |
D2O | Sigma Aldrich | 151882 | 99.9 atom % D |
d6-DMSO | Sigma Aldrich | 151874 | 99.9 atom % D |
d8-glycerol | Sigma Aldrich | 447498 | ≥99 atom % D |
Dialysis tubing 3.2 kDa | Sigma Aldrich | D2272 | 132724 |
Dipotassium Phosphate | VWR | BDH9266 | ≥98 % |
Glycerol | Sigma Aldrich | G5516 | ≥99.5 % |
Heraus Megafuge 16R Centrifuge | Thermo Fischer Scientific | 750004271 | Maximum RCF 25,830 x g |
HR-MAS Disposable Insert Kit | Bruker | B4493 | Kel-F |
Iron(II) Sulfate Heptahydrate | Alfa Aesar | 14498 | ≥99+ % |
Magnesium Sulfate Heptahydrate | VWR | 10034998 | store at 18-26 °C |
Manganese(II) Chloride Tetrahydrate | Alfa Aesar | 11563 | ≥99 % |
Monopotassium Phosphate | VWR | 470302-254 | ≥99 % |
pH Meter | Mettler Toledo | B706689216 | |
Tetrasodium Ethylenediaminetetraacetate | Acros Organics | 13235-36-9 | ≥99.5 % |
Zinc Sulfate Heptahydrate | Alfa Aesar | 33399 | ≥98 % |
12C3, d8-glycerol | Cambridge Isotope Laboratory | CDLM-8660 | 12C3, 99.95%; D8, 98% |
13C6-glucose | Sigma Alrdrich | 364606 | ≥99 % (CP) |
15N-sodium nitrate | Sigma Aldrich | 364606 | ≥98 % 15N, ≥99 (cp) |
3.2 mm sapphire NMR rotor | Cortecnet | B6939 | |
3.2 mm Silicone plug | Bruker | B7089 | |
4 mm MAS Rotor Kit | Bruker | H14355 | Zirconia |