簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 楊峻岳
Yang, Chun-Yueh
論文名稱: Cytochrome P450 BM-3 催化含氟化合物之探討
Selective Oxidation of Fluorinated Substituents Catalyzed by Cytochrome P450 BM-3
指導教授: 俞聖法
Yu, Sheng-Fa
共同指導教授: 許鏵芬
Hsu, Hua-Fen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 93
中文關鍵詞: 細胞色素P450 BM-3巨大芽孢桿菌含氟探針脂肪水解酶(lipase B)
外文關鍵詞: Cytochrome P450 BM3, Bacillus megaterium, fluorinated probe, Candida antarctica lipase B
相關次數: 點閱:144下載:3
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 單加氧酶存在於不同的生命系統中,也存在人類肝臟的微粒體內,具有類固醇與脂肪酸羥化等能力,在生物降解以及代謝扮演著相當重要的角色。此系統中的酵素細胞色素P450 BM-3,源於巨大芽孢桿菌,具有氧化長碳鏈(C12-C16)脂肪酸羥基化的能力,催化活性中心是由含鐵紫質(heme)所構成,我們利用大腸桿菌來大量表現P450 BM3,並且利用此系統來催化反應受質,同時合成出不同類型的含氟探針,來探討細胞色素P450 BM3對於不同受質的變異性。並使用氣相層析質譜儀等儀器來分析氧化後的產物,就反應的結果來看,我們發現在末端氟原子的數量會影響反應的活性以及產物的氧化位置,對比晶體文獻的結果,推測在Cytochrome P450 BM3的疏水性口袋中,末端氟原子與口袋內部活性中心附近的胺基酸有著微小力在作用,末端氟原子數量的上升會影響受質在活性口袋反應的位置,藉此影響受質與活性中心反應的專一性。
    脂肪水解酶(lipase B)能夠在水溶液中轉化三酸甘油酯水解成甘油跟脂肪酸,而有機溶劑條件下則可促進酯類合成甚至轉酯化,存在酵母菌中的脂肪水解酶CALB, 有機溶劑中能夠對於中碳鏈長度的烷醇進行選擇性酯化,經由固定於丙烯酸樹酯的脂肪水解酶,不只是在二號醇位置有選擇性,針對三號醇類化合物也會有光學選擇性,因此我們利用此酵素催化不同光學性質的3-辛醇使用氣相層析儀比較產物的差異性,搭配使用(R)-(-)-O-乙醯基扁桃酸的衍生化反應後利用核磁共振光譜交叉證實,在三號醇位置在(R)-3-辛醇可以酯化,在證實了辛烷在二號醇與三號醇可以選擇R-form的前提下,將脂肪酶與P450 BM3的產物作用,利用脂肪酶來鑑別被反應受質的光學性質,最後成功的發現在1-氟辛烷與Cytochrome P450 BM3作用的產物能夠接續脂肪酶酯化反應,而得到含氟產物被CALB選擇的證據。

    Oxidizing C–H bond of organic compounds is an issue in organic chemistry. But some enzymes have the ability to oxidize organic compound. The enzyme called Cytochrome P450 BM3 from Bacillus megaterium which is able to oxidation of long chain fatty acid (C12-C20). We are interesting for what happen in the P450 BM3 reaction pocket, so we designed the fluorinated probe to observe the reaction.

    On the other hand, we found another enzyme called Candida antarctica Lipase B (CALB) which has ability to selec transesterification for (R)-2-heptanol and (R)-2-pentanol , and we successfully proof transesterification in 2-pentaol to 2-dodecanol ,which has good enantiomeric excess (ee), then we changed different OH site and found that 3-octanol also has the same property. We want to use this assay combine with the P450 BM3 hydroxylation to know the enantiomeric excess on w-2,w-3 compound P450 BM3 catalyzed. Finally we successfully found the case when 1-fluorooctane is oxidation by P450 BM3, the w-2 site is major R-form formation and w-1 is major in S-form formation.

    目錄 中文摘要 i Abstract ii 誌謝 vi 目錄 viii 圖目錄 x 表目錄 xii 第一章 緒論 1 1-1 Bacillus megaterium (巨大芽胞桿菌) 1 1-2 Cytochrome P450簡介 2 1-3 單加氧酶氧化反應機構之探討 5 1-4 氟化學 9 1-5 Cytochrome P450 BM3中胺基酸殘基位置對於催化的影響 11 1-6 Cytochrome P450 BM3 晶體結構對於選擇性的影響 12 1-7 Lipase脂肪酶 14 1.8 研究動機 18 第二章 實驗 19 2-1 藥品試劑 19 2-2 儀器設備 22 2-3 實驗流程 25 2-4 建立pET_BM-3的表現載體 26 2-5 P450-BM3的製備 28 2-6 P450-BM3定性 30 2-7 P450-BM3定量 – CO binding 31 2-8 蛋白質電泳 (SDS-PAGE) 32 2-9 含氟脂肪酸的合成 34 2-10 蛋白質活性測試 42 2-11脂肪酶-光學活性實驗 44 2-12 光學衍生化反應 47 第三章 結果與討論 50 3-1 P450 BM3蛋白質純化 50 3-1-1 蛋白質凝膠電泳分析結果 50 3-1-2 P450 BM3定性 51 3-1-3 一氧化碳鍵結定量 52 3-2 酵素活性測試 53 3-2-1 活性實驗 53 3-2-2 設計含氟探針 55 3-2-3 受質合成 56 3-2-4 P450 BM3活性結果討論 57 3-3 脂肪酶活性實驗 61 3-3-1 脂肪酶活性測試的目的 61 3-3-2 脂肪酶活性測試的結果 62 3-4 Lipase活性的絕對組態 64 3-4-1 反應的目的與策略 64 3-4-2 Lipase光學活性結果與討論 66 3-4-3 利用Lipase選擇P450產物 67 第四章 結論 70 參考文獻 71 附錄 75

    (1) Murataliev, M. B.; Feyereisen, R.; Walker, F. A. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics 2004, 1698, 1.
    (2) Cirino, P. C.; Tang, Y.; Takahashi, K.; Tirrell, D. A.; Arnold, F. H. Biotechnol Bioeng 2003, 83, 729.
    (3) Haines, D. C.; Tomchick, D. R.; Machius, M.; Peterson, J. A. Biochemistry 2001, 40, 13456.
    (4) Peters, M. W.; Meinhold, P.; Glieder, A.; Arnold, F. H. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 13442.
    (5) Neufeld, K.; Marienhagen, J.; Schwaneberg, U.; Pietruszka, J. Green Chem. 2013, 15, 2408.
    (6) Staudt, S.; Burda, E.; Giese, C.; Muller, C. A.; Marienhagen, J.; Schwaneberg, U.; Hummel, W.; Drauz, K.; Groger, H. Angew Chem Int Ed Engl 2013, 52, 2359.
    (7) Roberts, G. A.; Grogan, G.; Greter, A.; Flitsch, S. L.; Turner, N. J. J. Bacteriol. 2002, 184, 3898.
    (8) Chiang, C. H.; Ramu, R.; Tu, Y. J.; Yang, C. L.; Ng, K. Y.; Luo, W. I.; Chen, C. H.; Lu, Y. Y.; Liu, C. L.; Yu, S. S. Chemistry-A European Journal 2013, 19, 13680.
    (9) Roiban, G. D.; Reetz, M. T. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 5439.
    (10) Valentine, A. M.; LeTadic-Biadatti, M. H.; Toy, P. H.; Newcomb, M.; Lippard, S. J. J. Biol. Chem. 1999, 274, 10771.
    (11) Groves, J. T. J Inorg Biochem 2006, 100, 434.
    (12) Ostovic, D.; Bruice, T. C. Acc. Chem. Res. 1992, 25, 314.
    (13) Cossi, M.; Barone, V.; Cammi, R.; Tomasi, J. Chem. Phys. Lett. 1996, 255, 327.
    (14) Reutrakul, V.; Thongpaisanwong, T.; Tuchinda, P.; Kuhakarn, C.; Pohmakotr, M. The Journal of organic chemistry 2004, 69, 6913.
    (15) Ojima, I.; Taguchi, T. Fluorine in medicinal chemistry and chemical biology; Wiley Online Library, 2009.
    (16) Fasan, R.; Meharenna, Y. T.; Snow, C. D.; Poulos, T. L.; Arnold, F. H. J Mol Biol 2008, 383, 1069.
    (17) Lal, G. S.; Pez, G. P.; Pesaresi, R. J.; Prozonic, F. M.; Cheng, H. J. Org. Chem 1999, 64, 7048.
    (18) Ost, T. W. B.; Munro, A. W.; Mowat, C. G.; Taylo, P. R.; Pesseguiero, A.; Fulco, A. J.; Cho, A. K.; Chapman, S. K. Biochemistry 2001, 40, 13430.
    (19) Noble, M.; Miles, C.; Chapman, S.; Lysek, D.; Mackay, A.; Reid, G.; Hanzlik, R.; Munro, A. Biochem. J 1999, 339, 371.
    (20) Whitehouse, C. J.; Bell, S. G.; Wong, L. L. Chem Soc Rev 2012, 41, 1218.
    (21) Whitehouse, C. J.; Bell, S. G.; Tufton, H. G.; Kenny, R. J.; Ogilvie, L. C.; Wong, L. L. Chem Commun (Camb) 2008, 966.
    (22) Hegde, A.; Haines, D. C.; Bondlela, M.; Peterson, J. A. Biochemistry 2007, 46, 14010.
    (23) Kille, S.; Zilly, F. E.; Acevedo, J. P.; Reetz, M. T. Nature chemistry 2011, 3, 738.
    (24) Ost, T. W. B.; Munro, A. W.; Mowat, C. G.; Taylor, P. R.; Pesseguiero, A.; Chapman, S. K. Biochemistry 2001, 40, 13430.
    (25) Cowart, L. A.; Falck, J. R.; Capdevila, J. H. Arch. Biochem. Biophys. 2001, 387, 117.
    (26) Haines, D. C.; Tomchick, D. R.; Machius, M.; Peterson, J. A. Biochemistry 2001, 40, 13456.
    (27) Kawakami, N.; Shoji, O.; Watanabe, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 5315.
    (28) Ghanem, A. Tetrahedron 2007, 63, 1721.
    (29) Reetz, M. T.; Wiesenhöfer, W.; Franciò, G.; Leitner, W. Chem. Commun. 2002, 992.
    (30) Kirchner, G.; Scollar, M. P.; Klibanov, A. M. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 7072.
    (31) Ramesh N. Patel, A. B., Venkata Nanduri, Animesh Goswami,; Comezoglu, F. T. JAOCS 2000, 77, 1015.
    (32) Danieli, B.; Luisetti, M.; Sampognaro, G.; Carrea, G.; Riva, S. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic 1997, 3, 193.
    (33) Leonard, V.; Fransson, L.; Lamare, S.; Hult, K.; Graber, M. Chembiochem 2007, 8, 662.
    (34) Bogel-Łukasik, R.; Lourenço, N. M. T.; Vidinha, P.; da Silva, M. D. R. G.; Afonso, C. A. M.; da Ponte, M. N.; Barreiros, S. Green Chemistry 2008, 10, 243.
    (35) Tischer, W.; Wedekind, F. Topics in Current Chemistry 1999, Vol. 200.
    (36) Gotor-Fernández, V.; Brieva, R.; Gotor, V. J. Mol. Catal. B: Enzym. 2006, 40, 111.
    (37) Prelog, V. Pure and Applied Chemistry 1964, 119.
    (38) Kazlauskas, R. J.; E., A. N.; Weissfloch; Rappaport, A. T.; Cuccia, L. A. The Journal of Organic Chemistry 1991, 56, 2656.
    (39) Wölker, D.; Haufe, G. The Journal of organic chemistry 2002, 67, 3015.
    (40) Gustafsson, M. C.; Roitel, O.; Marshall, K. R.; Noble, M. A.; Chapman, S. K.; Pessegueiro, A.; Fulco, A. J.; Cheesman, M. R.; von Wachenfeldt, C.; Munro, A. W. Biochemistry 2004, 43, 5474.
    (41) Zhang, W.; Ramamoorthy, Y.; Kilicarslan, T.; Nolte, H.; Tyndale, R. F.; Sellers, E. M. Drug Metab. Dispos. 2002, 30, 314.
    (42) Pylypenko, O.; Vitali, F.; Zerbe, K.; Robinson, J. A.; Schlichting, I. J. Biol. Chem. 2003, 278, 46727.
    (43) Girvan, H. M.; Marshall, K. R.; Lawson, R. J.; Leys, D.; Joyce, M. G.; Clarkson, J.; Smith, W. E.; Cheesman, M. R.; Munro, A. W. J. Biol. Chem. 2004, 279, 23274.
    (44) Omura, T.; Sato, R. J. biol. Chem 1964, 239, 2370.
    (45) Berube, M.; Kamal, F.; Roy, J.; Poirier, D. Synthesis 2006, 2006, 3085.
    (46) Nicolai, S. ORGANIC LETTERS 2011, 13, 6324.
    (47) Eisenberger, P.; Gischig, S.; Togni, A. Chemistry 2006, 12, 2579.
    (48) Gu, C.; Wysock, V. H.; Harada, A.; Takaya, H.; Kumadaki, I. Journal of the American Chemical Society 1999, 121, 10554.
    (49) Cryle, M. J.; Matovic, N. J.; De Voss, J. J. Org. Lett. 2003, 5, 3341.
    (50) Müller, C. A.; Akkapurathu, B.; Winkler, T.; Staudt, S.; Hummel, W.; Gröger, H.; Schwaneberg, U. Advanced Synthesis & Catalysis 2013, 355, 1787.
    (51) Wu, L. L.; Yang, C. L.; Lo, F. C.; Chiang, C. H.; Chang, C. W.; Ng, K. Y.; Chou, H. H.; Hung, H. Y.; Chan, S. I.; Yu, S. S. F. Chemistry-A European Journal 2011, 17, 4774.

    下載圖示 校內:2015-09-04公開
    校外:2017-09-04公開
    QR CODE