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结构生物化学/微量纯化

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磷酸果糖激酶-1 (PFK-1) 是糖酵解中的一种推测性控制酶。癌细胞线粒体功能缺陷,迫使其依赖糖酵解作为主要能量来源。抗坏血酸(俗称维生素C)已被证明能抑制PFK-1和乳酸脱氢酶(LDH)。在肌肉细胞中,当肌肉活跃时,PFK-1和LDH与肌肉中的收缩蛋白形成复合物,保护其免受抑制,从而使糖酵解得以进行(葡萄糖被降解并产生ATP。当肌肉处于休息状态时,据推测不会形成复合物,抗坏血酸会抑制PFK-1和LDH,糖酵解不会发生,葡萄糖被储存在肝脏和肌肉组织中。肝脏和肌肉组织是糖原的主要储存部位。同时,据推测,由于癌细胞主要依靠糖酵解获取能量,因此癌细胞中的PFK-1不会被抗坏血酸抑制。为了验证这一假说,必须能够纯化PFK-1。由于醛缩酶(Ald)会保护酶免受抑制,因此纯化的PFK-1中不能含有醛缩酶,才能正确验证该假说。

微量纯化方法

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兔肌肉被用作PFK-1的来源。需要准备三种测定方法(PFK-1测定、LDH测定和醛缩酶测定)来使用分光光度计测试每一步后的酶活性。这样做是为了跟踪每一步去除的物质和保留的物质。

准备
将兔肌肉在乙二胺四乙酸(EDTA)、二硫苏糖醇(DTT)和氟化钠(NaF)溶液中混合,然后离心并洗涤以去除可溶性蛋白。重复多次以试图去除一些LDH和醛缩酶。

热处理步骤 含有PFK-1的沉淀物在Tris、MgSO4、EDTA、ATP和DTT溶液中重新悬浮,然后浸入热浴中,之后放入冰浴中。这样做是为了使用ATP和镁使其他蛋白质变性,同时使PFK-1溶解并保持安全。悬浮液离心,保存上清液。

离子交换和染料柱
将上清液置于四个不同的柱子上,所有柱子都用40TP8和DTT标准化。四个柱子是:蓝色琼脂糖、棕色琼脂糖、蓝色葡聚糖和DEAE-Sephacel。上清液通过重力滴入柱子,然后收集进行测试。理论上,PFK-1应该此时粘附在柱子上。将40TP8/DTT溶液加入柱子并收集成分。然后加入含有较高浓度TP8的溶液,并收集成分。加入浓度不断升高的TP8的目的是先洗掉对柱子中珠子亲和力较弱的其他蛋白质。还尝试了使用真空过滤系统的方法,但它会将PFK-1和醛缩酶过快地拉过柱子,没有给PFK-1足够的时间粘附在柱子上,使得这种方法适得其反。

凝胶电泳 从柱子上取出的样品通过聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)测试纯度。

结果与讨论

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DEAE Sephacel柱子似乎在四种柱子中具有最高的PFK-1活性,但通过PAGE测试时,发现存在大量污染。如前所述,不应该存在醛缩酶,因为它会抑制PFK-1,这将使抗坏血酸对PFK-1影响的测试非常难以进行。蓝色琼脂糖虽然产量不如DEAE Sephacel高,但通过PAGE测试发现其非常纯净。棕色琼脂糖显示出产生高PFK-1产量的潜力,但在持续测试后发现,虽然它很擅长去除醛缩酶,但PFK-1的产率太低。
到目前为止,蓝色琼脂糖在四种柱子中表现最好,但在将此方法应用于癌性组织之前,必须进行持续测试/调整。这是因为虽然蓝色琼脂糖可以很好地去除醛缩酶,但产量仍然不够高,无法有效地用于癌性组织。

参考文献

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1. Queja, A., Marshall, A., Willaims, A., & Russell P.J. (2012, June). 兔磷酸果糖激酶-1的微量纯化. 发表在跨文化癌症理事会(ICC)双年会上的海报,休斯顿,TX。

2. Russell P, Williams A, Marquez K, Tahir Z, Hossein B, Lam K. 2008. 抗坏血酸对兔肌肉磷酸果糖激酶-1抑制的某些特性. 酶抑制与药物化学杂志;23: 411-417

3. Vassault, A. 1983. 酶分析方法,酶I:氧化还原酶,转移酶 第三卷,Verlag Chemie,巴塞尔,pp. 118–126。

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