CC BY
0УДК 542.06 Гузова В.А., Строганова Е.А.
Гузова В.А.
студент 5 курса, напр. «Фундаментальная и прикладная химия» Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
Строганова Е.А.
канд. хим. наук, доцент кафедры химии Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ИК-СПЕКТРОСКОПИИ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ТИРОЗИНА, ПОЛУЧЕННОГО ИЗ МЕТАБОЛИТОВ
Аннотация: тирозин является ароматической аминокислотой, участвующей в синтезе нейротрансмиттеров, гормонов и меланина. Тирозин играет ключевую роль в регуляции аппетита, настроении и когнитивных функций. Целью данной работы было изучить общую схему микробиологического синтеза тирозина, получить его с помощью одного из штаммов СоттеЪаеХеттш ашуеоШиш, выделить из раствора и идентифицировать методом ИК-спектроскопии.
Ключевые слова: тирозин, аминокислота, микробиологический синтез, ИК-спектрометрия, биохимическая активность, микроорганизмы, дофамин, норадреналин, адреналин, антиоксидантная активность.
1916
Тирозин является важной аминокислотой, структурная формула которого приведена на рисунке.
Известно, что тирозин участвует в обеспечении клеточного энергообмена и в регуляции различных функция клеток и организма [8]. Данное вещество является предшественником для синтеза важных нейротрансмиттеров, таких как дофамин, норадреналин и адреналин, которые играют ключевую роль в передаче нервных импульсов головного мозга и периферической нервной системы. Тирозин участвует в синтезе гормонов щитовидной железы (тироксин и трийодотиронин), а также осуществляет регуляцию уровня гормонов (катехоамин, меланин) и действие на рецепторы в различных тканях организма [5]. Тирозин может быть вовлечен в иммунные реакции организма, включая участие в модуляции работы иммунной системы и ответе на воспаление. Обладает антиоксидантной активностью, защищая клетки от окислительного стресса и повреждений, связанных с действием свободных радикалов [4].
Синтез тирозина микробиологическим путем представляет собой процесс получения данной аминокислоты с использованием следующих штаммов: Escherichia coli, Corynebacterium glutamicum, Corynebacterium diphtheria, Corinebacterium amycolatum [7].
Общая схема получения тирозина методом микробиологического синтеза представлена следующими этапами:
- выбор микроорганизма: для синтеза тирозина могут использоваться различные микроорганизмы, такие как штаммы бактерий, дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) или другие микроорганизмы, способные синтезировать данную аминокислоту,
О
Рисунок. Структурная формула тирозина.
1917
- подготовка среды: микроорганизмы синтезируют тирозин при наличии определенных условий и питательной среды. Эта среда должна содержать необходимые элементы, включая источники азота, углерода, минеральные соли и другие вещества, необходимые для биосинтеза [2],
- биосинтез тирозина: микроорганизмы способны синтезировать тирозин в процессе метаболизма, используя такие метаболические пути, как шляхи аминокислотного обмена и биосинтез ароматических аминокислот,
- очистка и извлечение вещества: после синтеза тирозина микроорганизмами происходит процесс очистки и извлечения данной аминокислоты из среды культивирования. Это может включать различные методы очистки, такие как хроматография, фильтрация и осаждение,
- оценка и анализ: полученный тирозин подвергается анализу для определения степени его чистоты, а также для количественного определения содержания данной аминокислоты в образце [1].
Микробиологический способ синтеза тирозина имеет свои преимущества, такие как более естественный и продуктивный процесс синтеза с использованием живых организмов [6]. Он также может быть экологически более устойчивым и биотехнологически более перспективным.
Существует несколько методов обнаружения тирозина, полученного микробиологическим синтезом из разных штаммов коринебактерий:
- тонкослойная хроматография: недорогой и простой метод, который разделяет тирозин на основе его полярности,
- ультрафиолетовая спектроскопия: тирозин поглощает УФ-свет при длине волны около 275 нм, что может быть использовано для его количественного определения,
- инфракрасная спектроскопия (ИК-спектроскопия): характерные пики поглощения ИК-спектра тирозина можно использовать для его идентификации,
- ЯМР-спектроскопия: предоставляет информацию о структуре тирозина и может быть использовано для его идентификации в смесях.
1918
В данной работе проведены исследования проведения микробиологического синтеза получения тирозина с помощью определенных штаммов СогтеЪа^егтт атуеоШит, и его последующая идентификация методом ИК-спектроскопии. Раствор метаболитов Сог1пвЪае1вг1ит атуеоШит подвергли экстракции согласно патенту [9] и затем водную фракцию подвергли обезвоживанию под вакуумом. Полученный порошкообразный концентрат растворили в этиловом спирте и наблюдали выпадение осадка белого цвета, представляющего собой предположительно тирозин. Вещество повторно перекристаллизовали из этанола и затем проанализировали на ИК-мпектроетре IR-Tracer 100 (Shimadzu). Записанный ИК-спектр приведен на рисунке.
Рисунок. ИК-спектр исследуемого вещества из водного раствора.
Анализ ИК-спектра по наборам полос поглощения показал присутствие следующих функциональных групп: аминогруппа (г (Ы-Н)кт 3201 cм-1), карбоксильная группа (г (С=О)СООН 1606 см-1, 5 (О-С=О)СООН 1328 см-1) и ароматическое кольцо (Г* (С=С)л 1512 см-1, Г* (С-С)лг 1361 см-1, 5Т (С=С)лг 840 см-1, 5^ (С-Н)лг 648 см-1, Г (С-С)л 574 см-1 [3].
Согласно спектральной базе данных полученный спектр на 81 % совпадает с теоретическим спектром тирозина, представленным на рисунке.
1919
о.з
о.о -
4000 ЗООО 2 000 Л.ООО
Рисунок. Теоретический ИК-спектр тирозина.
Таким образом, экспериментально доказано, что микробиологический способ можно применять для получения чистого вещества тирозин. Для идентификации продукта достаточно применение метода ИК-спектроскопии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Антонова, М. И., Берлянд, А. С. Биоорганическая химия. Учебное пособие. / М. И. Антонова, А. С. Берлянд. - Москва : МГМСУ, 2010 - 63с.;
2. Егорова, Т. А., Клунова, С. М. Основы биотехнологии: Учеб. пособие для высш. пед. учеб заведений / Т. А. Егорова, С. М. Клунова - Москва : Издательский центр «Академия», 2003. - 208 с.;
3. Иоффе, Б. В., Костиков, Р. Р., Разин, В. В. Физические методы определения строения органических соединений: учеб. пособие для химических вузов / Б. В. Иоффе, Р. Р. Костиков, В. В. Разин. - Москва : Высш. шк., 1984. - 336 с.;
4. Караханов, P. А., Келарев, В. И. Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. - М. : Большая Российская энциклопедия, 1992. -639 с.;
5. Огнев, С. И. Аминокислоты, пептиды и белки / С. И. Огнев. - Москва : Высшая школа, 2005. - 365 с.;
6. Якубке, Х.-Д., Ешкайт, X. Аминокислоты, пептиды, белки / Х.-Д. Якубке, X. Ешкайт Пер. с нем. - М. : Мир, 1985. - 456 с.;
1920
7. Kim, S. Pathway optimization by redesign of untranslated regions for L-tyrosine production in Escherichia coli / S. Kim, B. Min, H. Hwang // Scientific Reports. - 2015. - № 5 (11). - Р. 8.;
8. Lutke-Eversloh, T., Stephanopouios, G. L-Tyrosine production by deregulated strains of Escherichia coli / T. Lutke-Eversloh, G. Stephanopouios // Appl Microbiol Biotechnol. - 2007. - № 75 (103). - Р. 8;
9. № 2774192. Патент РФ. Средства для продуцирования органических соединений, обладающих антибактериальной и антигрибковой активность / Гладышева И.В., Строганова Е.А., Черкасов С.В. // https://patents.google.com/patent/RU2774192C2/ru. - 2022. - Бюл. №17
Guzova V.A., Stroganova E.A.
Guzova V.A.
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
Stroganova E.A.
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
APPLICATION OF IR SPECTROSCOPY METHOD FOR DETECTION OF TYROSINE DERIVED FROM METABOLITES
Abstract: tyrosine is an aromatic amino acid involved in the synthesis of neurotransmitters, hormones and melanin. Tyrosine plays a key role in regulating appetite, mood and cognitive function. The purpose of this work was to study the general scheme of microbiological synthesis of tyrosine, obtain it using one of the Corinebacterium amycolatum strains, isolate it from solution and identify it using IR spectroscopy.
Keywords: tyrosine, amino acid, microbiological synthesis, IR spectrometry, biochemical activity, microorganisms, dopamine, norepinephrine, adrenaline, antioxidant activity.
1921
