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Biochemistry2004Dec07Vol.43issue(48)

ペプチドおよびタンパク質ジスルフィド結合の還元剤としての新しい水溶性ホスフィン:反応性と膜透過性

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文献タイプ:
  • Journal Article
  • Research Support, Non-U.S. Gov't
  • Research Support, U.S. Gov't, Non-P.H.S.
  • Research Support, U.S. Gov't, P.H.S.
概要
Abstract

Tris(2-カルボキシエチル)ホスフィン(TCEP)は、生化学システムにおけるジスルフィド結合の減少において、ジチオトレイトール(DTT)の広く使用されている代替品です。TCEPは最近、フラビン依存性のスルフヒドリルオキシダーゼの基質であることが示されていますが、TCEPが他のペプチドジスルフィド結合を減少させる速度に関する定量的情報はほとんどありません。この研究では、TCEPのモノ、ディ、およびトリメチルエステル類似体を合成して、還元メカニズムにおけるカルボキシレートアニオンの役割を評価し、ホスフィン還元剤の範囲を拡大しました。DTTに対する4つのホスフィンすべての有効性は、蛍光ジスルフィド含有ペプチド(H(3)N(+)-VTWCGACKM-NH(2))を含むモデルのジスルフィドを使用して決定され、チオレドキシンおよびスルフヒドリルのタンパク質ジスルフィド結合を使用して決定されています。オキシダーゼ。モノ、ディ、およびトリメチルエステルは、それぞれ6.8、5.8、および4.7のリンPK値を示し、モデルペプチドとの反応性をTCEPのそれと比較して対応するpH値を低くするように拡張します(PK = 7.6)。pH 5.0では、反応性の順序は次のとおりです。トリメチル - >ジメチル - >モノメチル - > TCEP >> DTT;TMTCEPはTCEPよりも35倍反応性が高く、DTTは本質的に反応しません。また、エステル化により親油性が増加し、TMTCEPがリン脂質二重層を迅速に浸透させることができます(DTTよりも> 30倍速い)が、親TCEPは不透明です。pH 7.5の小分子ジスルフィドに対してDTTよりも反応性が高いが、すべてのホスフィンは、このpHでのタンパク質ジスルフィドに対して著しく反応性が低い。分子モデリングは、TCEPの求核性リンがDTTのチオレートよりも立体的に混雑していることを示唆しており、タンパク質ジスルフィドによるホスフィンのより低い反応性に寄与しています。要するに、これらのデータは、生物系の特定の用途に合わせて調整されたホスフィン類似体の合成にかなりの範囲があることを示唆しています。

Tris(2-カルボキシエチル)ホスフィン(TCEP)は、生化学システムにおけるジスルフィド結合の減少において、ジチオトレイトール(DTT)の広く使用されている代替品です。TCEPは最近、フラビン依存性のスルフヒドリルオキシダーゼの基質であることが示されていますが、TCEPが他のペプチドジスルフィド結合を減少させる速度に関する定量的情報はほとんどありません。この研究では、TCEPのモノ、ディ、およびトリメチルエステル類似体を合成して、還元メカニズムにおけるカルボキシレートアニオンの役割を評価し、ホスフィン還元剤の範囲を拡大しました。DTTに対する4つのホスフィンすべての有効性は、蛍光ジスルフィド含有ペプチド(H(3)N(+)-VTWCGACKM-NH(2))を含むモデルのジスルフィドを使用して決定され、チオレドキシンおよびスルフヒドリルのタンパク質ジスルフィド結合を使用して決定されています。オキシダーゼ。モノ、ディ、およびトリメチルエステルは、それぞれ6.8、5.8、および4.7のリンPK値を示し、モデルペプチドとの反応性をTCEPのそれと比較して対応するpH値を低くするように拡張します(PK = 7.6)。pH 5.0では、反応性の順序は次のとおりです。トリメチル - >ジメチル - >モノメチル - > TCEP >> DTT;TMTCEPはTCEPよりも35倍反応性が高く、DTTは本質的に反応しません。また、エステル化により親油性が増加し、TMTCEPがリン脂質二重層を迅速に浸透させることができます(DTTよりも> 30倍速い)が、親TCEPは不透明です。pH 7.5の小分子ジスルフィドに対してDTTよりも反応性が高いが、すべてのホスフィンは、このpHでのタンパク質ジスルフィドに対して著しく反応性が低い。分子モデリングは、TCEPの求核性リンがDTTのチオレートよりも立体的に混雑していることを示唆しており、タンパク質ジスルフィドによるホスフィンのより低い反応性に寄与しています。要するに、これらのデータは、生物系の特定の用途に合わせて調整されたホスフィン類似体の合成にかなりの範囲があることを示唆しています。

Tris(2-carboxyethyl)phosphine (TCEP) is a widely used substitute for dithiothreitol (DTT) in the reduction of disulfide bonds in biochemical systems. Although TCEP has been recently shown to be a substrate of the flavin-dependent sulfhydryl oxidases, there is little quantitative information concerning the rate by which TCEP reduces other peptidic disulfide bonds. In this study, mono-, di-, and trimethyl ester analogues of TCEP were synthesized to evaluate the role of carboxylate anions in the reduction mechanism, and to expand the range of phosphine reductants. The effectiveness of all four phosphines relative to DTT has been determined using model disulfides, including a fluorescent disulfide-containing peptide (H(3)N(+)-VTWCGACKM-NH(2)), and with protein disulfide bonds in thioredoxin and sulfhydryl oxidase. Mono-, di-, and trimethyl esters exhibit phosphorus pK values of 6.8, 5.8, and 4.7, respectively, extending their reactivity with the model peptide to correspondingly lower pH values relative to that of TCEP (pK = 7.6). At pH 5.0, the order of reactivity is as follows: trimethyl- > dimethyl- > monomethyl- > TCEP >> DTT; tmTCEP is 35-fold more reactive than TCEP, and DTT is essentially unreactive. Esterification also increases lipophilicity, allowing tmTCEP to penetrate phospholipid bilayers rapidly (>30-fold faster than DTT), whereas the parent TCEP is impermeant. Although more reactive than DTT toward small-molecule disulfides at pH 7.5, all phosphines are markedly less reactive toward protein disulfides at this pH. Molecular modeling suggests that the nucleophilic phosphorus of TCEP is more sterically crowded than the thiolate of DTT, contributing to the lower reactivity of the phosphine with protein disulfides. In sum, these data suggest that there is considerable scope for the synthesis of phosphine analogues tailored for specific applications in biological systems.

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