פרוטוקול להכנת 13ג,15דוגמאות פטרייתי וצמח התווית על-ידי N רב-ממדי ספקטרוסקופיה NMR של מצב מוצק וחקירות קיטוב גרעיני דינמי (DNP) מוצג.
פרוטוקול זה מראה איך בצורה אחידה 13ג, 15התווית על-ידי N חומרים פטרייתי יכול להיות והופק כמה חומרים רכים אלה צריך להיות המשיך NMR של מצב מוצק, רגישות משופרת DNP ניסויים. ההליך דוגמת עיבוד של הצמח ביומסה גם מפורט. שיטה זו מאפשרת את המדידה של סדרת 1D ו- 2D 13C –13C /15N מתאמים ספקטרה, המאפשר הבהרה מבניים ברזולוציה גבוהה של מורכבות biomaterials במצב מקורי, עם ההפרעות מינימלי. האיזוטופ-תיוג יכולים להיבדק על ידי לכימות את עוצמת ב 1 י ספקטרה ואת יעילות העברת קיטוב ב- 2D המתאם ספקטרה. ניתן להעריך את ההצלחה של הכנת הדוגמא קיטוב גרעיני דינמי (DNP) על ידי הגורם שיפור הרגישות. לניסויים נוספים לבחון את ההיבטים המבניים של סוכרים, חלבונים יוביל מודל של הארכיטקטורה תלת מימדי. שיטות אלה ניתן לשנותם ולאחר הותאם לחקור מגוון רחב של חומרים עתירי פחמימות, כולל קירות התא הטבעי של צמחים, פטריות, אצות, חיידקים, וכן מסונתז או תוכנן פחמימות פולימרים ומורכב שלהם עם השני מולקולות.
פחמימות תפקיד מרכזי בתהליכים ביולוגיים שונים כגון אחסון אנרגיה, בניין מבניים, ועל זיהוי הסלולר אדהזיה. הם מועשרים בקיר התא, אשר היא מרכיב מהותי צמחים, פטריות, אצות, חיידקים1,2,3. קיר התא מהווה מקור מרכזי הייצור של דלק ביולוגי, biomaterials, כמו גם מטרה מבטיחים טיפולים מיקרוביאלית4,5,6,7,8 , 9.
ההבנה העכשווית של חומרים מורכבים אלה כבר מתקדם באופן משמעותי על ידי עשורים של המאמצים הוקדשו אפיון מבניים בשיטות ארבע הגדולות ביוכימי או גנטי. השיטה הראשונה הגדולות מסתמך על טיפולים רציפים באמצעות כימיקלים קשים או אנזימים כדי לשבור את קירות התא לחלקים שונים, שבעקבותיה באה ההלחנה וניתוח הצמדה של סוכרים כל שבר10. שיטה זו שופך אור על התפלגות התחום של פולימרים, אך הפרשנות עלולה להטעות בשל המאפיינים הכימי והפיזי של מולקולות. לדוגמה, קשה לקבוע אם השבר אלקלי-לחילוץ מקורו מחשבים בודדת של מולקולות פחות מובנים או מולקולות נפרדות עם מסיסות דומות. שנית, חילוץ חלקים או את כל קירות התא ניתן גם למדוד באמצעות פתרון NMR כדי לקבוע את קישורים קוולנטיות, גם כינה crosslinking, בין מולקולות שונות11,12,13, 14,15. בדרך זו, יכול להיות ובחן את מבנה נתונים היסטוריים של עוגנים קוולנטיות, אך מגבלות יכולה להתקיים בשל המסיסות נמוכה של סוכרים, מספר קטן יחסית של אתרים crosslinking הבורות של תופעות שאינן קוולנטיות זה מייצבת אריזה רב-סוכר, כולל שטני של מימן, ואן דר Waals כוח, אינטראקציה אלקטרוסטטית, שזירה פולימר. שלישית, זיקה מחייבת היה נחוש במבחנה באמצעות פוליסכרידים מבודד16,17,18,19, אבל הטיהור הליכים עשוי לשנות באופן משמעותי מבנה ותכונות של מולקולות אלה. שיטה זו נכשלת גם לשכפל את התצהיר מתוחכמים והרכבה של מקרומולקולות לאחר ביוסינטזה. לבסוף, פנוטיפ, מורפולוגיה תאים, תכונות מכניות של מוטציות גנטיות עם ייצור הקלוש של רכיב מסוים דופן התא לשפוך אורות על התפקידים המבניים של סוכרים, אבל הראיות מולקולריות יותר יש צורך לגשר על אלה תצפיות מאקרוסקופית עם הפונקציה שעברו הנדסה לאחור של חלבון machineries20.
התפתחויות אחרונות פיתוח ויישום של רב-ממדי ספקטרוסקופיה NMR של מצב מוצק הציגו הזדמנות ייחודית לפתרון חידות מבניים אלה. ניסויים NMR של מצב מוצק דו-ממדי/תלת-ממדי לאפשר חקירה ברזולוציה גבוהה של הרכב, ארכיטקטורה של חומרים עתירי פחמימות במצב מקורי ללא ההפרעות הגדולות. מבניים מחקרים נערכו בהצלחה על ראשי והן קירות התא משני של צמחים, ביומסה שטופלו catalytically, biofilm חיידקי, הפיגמנט רוחות פטריות ו, לאחרונה על-ידי המחברים, קירות התא שלם בפטריה פתוגניים אספרגילוס fumigatus 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29 , 30 , 31. ההתפתחות של קיטוב גרעיני דינמי (DNP)32,33,34,35,36,37,38 , 39 , 40 , 41 , 42 מקלה באופן משמעותי על הבהרה מבניים NMR כמו שיפור הרגישות מאת DNP מקצר במידה ניכרת הזמן ניסיוני על biomaterials מורכבים אלה. הפרוטוקול המתואר כאן מפרט את נהלי איזוטופ-תיוג הפטריה fumigatus א והכנת פטרייתי ודוגמאות צמח על אפיון NMR, DNP של מצב מוצק. נהלים תיוג דומים צריך להיות רלוונטי פטריות אחרות שינו בינונית, ההליכים הכנת המדגם צריך להיות בדרך כלל החלים biomaterials עתירי פחמימות אחרות.
לעומת שיטות ביוכימיות, NMR של מצב מוצק יש יתרונות כמו טכניקה הרסניות ו ברזולוציה גבוהה. NMR גם כמותיים בניתוח ההלחנה, בניגוד לרוב שיטות אנליטיות אחרות, לא צריך אי הוודאויות שהוצגו על ידי המסיסות מוגבל biopolymers. הקמת בפרוטוקול הנוכחי מקלה על מחקרים עתידיים על פחמימות-עשיר biomaterials, פולימרים functionaliz…
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדע דרך ה-NSF אויה-1833040. נבחרת גבוהה השדה המגנטי מעבדה (NHMFL) נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע דרך DMR-1157490, פלורידה. מערכת MAS-DNP-NHMFL הוא מומן בחלקו על ידי NIH S10 OD018519 ואת ה-NSF צ’ה-1229170.
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 |