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嘉峪檢測網 2025-06-12 20:50
摘 要: 建立高效液相色譜法測定FKP酶催化L-巖藻糖生成的GDP-L-巖藻糖。采用Agilent C18(250 mm × 4.6 mm,5 μm)色譜柱,以2.72 g/L磷酸二氫鉀(含0.2% 四丁基溴化銨,磷酸調pH值為 4.0)和乙腈為流動相,流量為1.0 mL/min,檢測波長為254 nm,進樣體積為20 μL,柱溫為30 ℃,用二極管陣列檢測器測定。GDP-L-巖藻糖峰單一,無其它雜峰干擾。GDP-L-巖藻糖、二磷酸腺苷的質量濃度分別在1.005~21.100、0.05~0.2 μg/mL 范圍內與各自色譜峰面積呈良好的線性關系,線性相關系數均為0.999 9,檢出限分別為0.016、0.3 μg/mL。樣品加標平均回收率為99.6%,測定結果的相對標準偏差為0.04%(n=6)。該方法適用于FKP酶催化L-巖藻糖生成的GDP-L-巖藻糖的測定。
關鍵詞: 高效液相色譜; 二極管陣列; GDP-L-巖藻糖; 酶催化
GDP-L-巖藻糖是L-巖藻糖的活性核糖形式,廣泛存在于生物中的糖基供體和代謝中間體中,是用于合成聚焦化的化合物 [1-2]。GDP-L-巖藻糖廣泛應用于醫藥、食品、保健品等領域,具有巨大的市場開發潛力[3]。GDP-L-巖藻糖合成過程中主要材料腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)由腺嘌呤核苷酸和3個磷酸基團組成。三磷酸鳥苷(GTP)結構與ATP結構類似,在磷酸基團上多了一個鳥嘌呤。在FKP酶的催化作用下,ATP為磷酸化游離的L-巖藻糖提供磷酸基團和能量,生成L-巖藻糖-1-磷酸(Fuc-1-P),同時ATP轉化為5'-腺苷二磷酸二鈉鹽(ADP);隨后,在FKP蛋白的催化下,Fuc-1-P與GTP反應合成GDP-L-巖藻糖,且該步反應可逆[4-5]。GDP-L-巖藻糖的合成路線見圖1。
圖1 GDP-L-巖藻糖的合成路線
Fig. 1 Synthesis route of GDP-L-fucose
目前,糖類化合物常用的檢測方法有氣相色譜法[6-7]、氣相色譜-質譜法[8-9]、液相色譜-質譜法[10-11]和液相色譜法[12-13]。GDP-L-巖藻糖作為重要的糖類化合物,文獻報道過的檢測方法主要有液相色譜法和液相色譜-質譜分析法,王鴻超等[14]同時采用液相色譜法與質譜分析法對發酵產生GDP-L-巖藻糖檢測,需要配置較高的離子交換柱。WANG等[15]采用薄層色譜法對GDP-L-巖藻糖粗反應混合物進行了分析,需要配制繁瑣的展開劑和顯色劑,且色譜峰拖尾嚴重。GDP-L-巖藻糖的極性非常大,不易揮發,用氣相色譜檢測前處理需要衍生化,操作繁瑣。薄層色譜法是正相色譜法,對糖類化合物的分離度低,對極性大的物質難以準確定性和定量,實驗室環境、操作者水平對實驗結果影響較大。液相色譜-質譜法具有高靈敏度和高選擇性,但其分析的樣品需要進行純化,不能實時監控反應情況。
筆者采用高效液相色譜-二極管陣列檢測器(HPLC-DAD)測定FKP酶催化L-巖藻糖生成的GDP-L-巖藻糖,不僅可以進行全波長掃描,而且還能提供定性、定量和光譜信息[16-17],能夠實時監控實驗反應情況,滿足簡便、快捷的實際需要,為FKP酶活性驗證和GDP-L-巖藻糖的合成研究提供進一步的技術參考。
1 實驗部分
1.1 主要儀器與試劑
高效液相色譜儀:Ultimate 3000型,配二極管陣列檢測器,美國賽默飛世爾科技公司。電子天平:BT125D型,感量0.01 mg,德國賽多利斯公司。高分辨液相色譜-質譜聯用儀:Maxis Ultimate 300型,德國布魯克公司。真空冷凍干燥機:LGJ-20V型,北京四環起航科技有限公司。高速冷凍離心機:Fresco 21型,賽默飛世爾科技(中國)有限公司。恒溫培養振蕩器:ZHWY-100H型,上海智城分析儀器制造有限公司。二氯化錳、磷酸二氫鉀:均為分析純,西隴科學股份有限公司。四丁基溴化銨、Tris鹽:均為分析純,上海阿拉丁生化科技股份有限公司。磷酸:純度(質量分數)不小于85.0 %,天津市富宇精細化工有限公司。乙腈、甲醇:均為色譜純,德國默克公司。ADP、ATP、GTP、L-巖藻糖對照品:批號分別為A861411、A822580、C10835995、L809666,上海麥克林生化科技有限公司。GDP-L-巖藻糖對照品:批號為RM0222512,西安齊岳生物科技有限公司。FKP酶:自制,經過陜西師范大學課題組實驗認證,并通過SDS-PAGE測定。實驗用水:超純水。
1.2 色譜條件
色譜柱:Agilent C18柱(250 mm × 4.6 mm,5 μm,美國賽默飛世爾科技公司);檢測器:二極管陣列檢測器;流動相:A相為2.72 g/L磷酸二氫鉀溶液(含有0.2 %四丁基溴化銨,用磷酸調節pH值為4.0),B相為乙腈,流量為.0 mL/min;柱溫:30 ℃;檢測波長:254 nm;進樣體積:20 μL;洗脫方式:梯度洗脫,洗脫程序見表1。
表1 梯度洗脫程序Tab. 1 Gradient elution procedure
時間/min | 體積分數/% | |
流動相A11 | 流動相B22 | |
0 ~ 5 | 90 | 10 |
5 ~ 25 | 90 → 65 | 10 → 35 |
25 ~ 28 | 65 → 90 | 35 → 10 |
28 ~ 30 | 90 | 10 |
注:1)2.72 g/L磷酸二氫鉀溶液(含有0.2 %四丁基溴化銨,用磷酸調節pH值為4.0);2)乙腈。
1.3 GDP-L-巖藻糖的合成
320 μL反應體系包含Mn2+(1.95 mg/mL)、 ATP(1.875 mg/mL)、GTP(1.875 mg/mL)、Tris-HCI緩沖液(7.5 mg/mL,pH值為7.5)、L-巖藻糖(25.625 mg/mL)和質量濃度為9.06 mg/mL的FKP酶,將其放入37 ℃ 恒溫培養振蕩器中,以225 r/min速率震蕩反應12 h,ATP與GTP完全反應后,于100 ℃煮沸10 min,終止酶反應,即可得到GDP-L-巖藻糖。
1.4 溶液配制
GDP-L-巖藻糖對照品儲備液:12.66 mg/mL,精密稱取GDP-L-巖藻糖對照品63.30 mg,置于5 mL容量瓶中,用水溶解并定容至標線。ADP對照品儲備液:0.01 mg/mL,精密稱取ADP對照品0.05 mg,置于5 mL容量瓶中,用水溶解并定容至標線。ATP對照品儲備液:120.20 mg/mL,精密稱取ATP對照品0.6010 g,置于5 mL容量瓶中,用水溶解并定容至標線。GTP對照品儲備液:120.06 mg/mL,精密稱取GTP對照品0.600 3 g,置于5 mL容量瓶中,用水溶解并定容至標線。GDP-L-巖藻糖系列標準工作溶液:分別精密量取GDP-L-巖藻糖對照品溶液0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2 μL,用移液槍將對照品溶液用水稀釋至約1 200倍體積,得GDP-L-巖藻糖質量濃度分別為0.001 055、0.002 11、0.005 275、0.010 55、0.015 825、0.021 1 mg/mL的GDP-L-巖藻糖系列標準工作溶液。ADP系列標準工作溶液:精密量取ADP對照品溶液5、8、10、12、15、20 μL,用移液槍加水進行稀釋,得ADP的質量濃度分別為 0.05、0.08、0.1、0.12、0.15、0.20 μg/mL的ADP系列標準工作溶液。
1.5 樣品處理
取1.3合成的GDP-L-巖藻糖,于室溫下靜置5 min,然后以10 000 r/min離心2 min,取上層清液5 μL注入進樣小瓶,用移液槍將樣品用水稀釋至約1 000倍體積,用0.22 μm針頭過濾器過濾,取續濾液,得樣品溶液。
1.6 樣品測定
取樣品溶液、GDP-L-巖藻糖系列標準工作溶液和ADP系列標準工作溶液,按1.2色譜條件進樣分析,記錄色譜峰面積,建立GDP-L-巖藻糖和ADP的標準工作曲線,計算線性方程,利用標準曲線法計算樣品中GDP-L-巖藻糖的含量。
2 結果與討論
2.1 GDP-L-巖藻糖的合成
合成GDP-L-巖藻糖的酶催化反應中,FKP酶在以L-巖藻糖、ATP和GTP為起始底物的反應混合物中生產GDP-L-巖藻糖,在37 ℃條件下,未加FKP酶時有自發反應生成少量GDP-L-巖藻糖,當反應開始0.5 h,GDP-L-巖藻糖產量快速增加;當反應2 h后,增速變緩;當12 h后ATP和GTP均反應完成,GDP-L-巖藻糖質量濃度達到最大值1.20 mg/mL。
2.2 GDP-L-巖藻糖定性
取純化后的GDP-L-巖藻糖,經過二極管陣列檢測器全波長掃描和高分辨質譜分析,全波長掃描結果如圖2所示。從圖2中可以看出,合成的GDP-L巖藻糖最大吸收為254.22 nm,GDP-L巖藻糖對照品最大紫外吸收波長為254.16 nm,兩者相符。
圖2 DAD 檢測器對 GDP-L-巖藻糖在200~400 nm波長范圍的吸光度掃描
Fig. 2 Absorbance Scanning of GDP-L-Fucose by DAD Detector in the Wavelength Range of 200-400 nm
C16H25N5NaO15P2(M-H+)的高分辨質譜分析如圖3所示。從圖3中可以看出,在HR-MS(ESI-)C16H25N5NaO15P2(M-H+)下,離子的質荷比實測值為588.078 5,與根據得到的質荷比峰試驗數據計算值588.082 2,兩者相符。由此可見,得到的產物定性為GDP-L-巖藻糖。
圖3 C16H25 N5NaO15P2(M-H+)的高分辨質譜(ESI-)分析圖
Fig. 3 HR-MS(ESI-) analysis diagram of C16H25 N5NaO15P2(M-H+)
2.3 色譜條件優化
2.3.1 溶劑的選擇在室溫條件下,分別稱取ADP、ATP、GTP、L-巖藻糖、GDP-L-巖藻糖約0.1 mg,再分別溶于1 mL超純水、乙腈、甲醇、水-乙腈體系,觀察溶解情況,試驗結果見表2。由表2可知,5種物質在超純水和初始流動相水-乙腈(體積比為90∶10)溶劑均能溶解。為了減弱溶劑效應[18-19]對檢測結果的干擾,同時考慮到節約成本和環保,最終選取水作為溶劑。
表2 5種物質在不同溶劑中溶解情況
Tab. 2 Solubility of 5 substances in different solvents
物質 | 溶解情況 | |||
水 | 甲醇 | 乙腈 | 水-乙腈(體積比90:10) | |
ADP | 易溶 | 微溶 | 微溶 | 溶解 |
ATP | 易溶 | 微溶 | 微溶 | 溶解 |
GTP | 易溶 | 微溶 | 微溶 | 溶解 |
L-巖藻糖 | 易溶 | 溶解 | 微溶 | 溶解 |
GDP-L-巖藻糖 | 易溶 | 溶解 | 微溶 | 溶解 |
2.3.2 檢測波長的選擇用二極管陣列檢測器對ADP、ATP、GTP、L-巖藻糖、GDP-L-巖藻糖對照品溶液在200~400 nm波長范圍下進行掃描,各物質紫外吸收光譜圖如圖4所示。從圖4中可以看出,ADP、ATP和GTP最大吸收波長分別為258.40、258.89、 254.57 nm,GDP-L-巖藻糖最大吸收波長為254.13 nm,L-巖藻糖在此波長范圍內無紫外吸收,GTP、GDP-L-巖藻光譜有重疊,ADP與ATP光譜有重疊。
圖4 各物質紫外吸收光譜
Fig. 4 UV absorption spectra of substances
通過二極管陣列檢測器光譜檢測,ADP、GDP-L-巖藻糖、ATP、GTP等吸收線如圖5所示。從圖5中可以看出,GDP-L-巖藻糖、ADP、ATP、GTP在254 nm基線平穩,各組分的響應高,均有較強的紫外吸收,故檢測波長為254 nm。
圖5 等吸收線圖
Fig. 5 Isoabsorption line diagram
1—ADP; 2—GDP-L-巖藻糖; 3—ATP; 4—GTP
2.3.3 流動相的選擇
分別考察乙腈和甲醇為有機相,結果表明,以甲醇為有機相時GDP-L-巖藻糖信號響應差,色譜峰形較差,其它各組分色譜保留時間延長,以乙腈為有機相時GDP-L-巖藻糖色譜峰出峰時間前移,各組分色譜峰信號響應上升,故選用洗脫能力強的乙腈作為有機相。
分別考察等度洗脫和梯度洗脫的方法,等度洗脫考察了乙腈-水相體積比分別為10∶90、50∶50時,GTP和GDP-L-巖藻糖峰均難以分開,故采用梯度流動相洗脫法。
采用1.2色譜條件,分別考察流動相中不同水相的組成:①A相:水(用磷酸調pH值為4.0),B相:乙腈;②A相:2.72 g/L磷酸二氫鉀緩沖液(用磷酸調pH值為4.0),B相:乙腈;③ A相:0.2%四丁基溴化銨溶液(用磷酸調pH值為 4.0),B相:乙腈;④ A相:2.72 g/L磷酸二氫鉀緩沖液(含有0.1 %四丁基溴化銨,用磷酸調pH值為4.0),B相:乙腈;⑤A相:2.72 g/L磷酸二氫鉀緩沖液(含有0.2 %四丁基溴化銨,用磷酸調pH 值為4.0),B相:乙腈。不同流動相分離效果見表3。由表3可知,在流動性極性相似情況下,加入四丁基溴化銨的流動相體系梯度洗脫時各物質分離效果優于其他體系,這是由于ADP、ATP、GTP、GDP-L-巖藻糖4種物質結構中含有磷酸基團和大量羥基基團,加入四丁基溴化銨可以與色譜柱固定相發生作用而吸附在固定床上,使固定相具有一定離子交換能力,從而增強負電荷分析物的保留,但是必須與磷酸二氫鉀配合使用,增加流動相的緩沖能力,提高各物質的分離度。用磷酸調節為酸性環境,可以有效抑制羥基水解,確保離子化程度,改善峰形。
表3 不同流動相分離效果
Tab. 3 Separation effect of different mobile phases
流動相體系編號 | 分離效果描述 |
① | 峰重疊 |
② | 峰重疊 |
③ | 峰重疊 |
④ | ADP與GDP-L-巖藻糖分離效果差 |
⑤ | 峰分離效果好,分離度大于1.5 |
注:①水(用磷酸調pH值為4.0)-乙腈;②2.72 g/L磷酸二氫鉀緩沖液(用磷酸調pH值為4.0)-乙腈;③ 0.2%四丁基溴化銨溶液(用磷酸調pH值為 4.0)-乙腈;④ 2.72 g/L磷酸二氫鉀緩沖液(含0.1 %四丁基溴化銨,用磷酸調pH值為4.0)-乙腈;⑤2.72 g/L磷酸二氫鉀緩沖液(含0.2 %四丁基溴化銨,用磷酸調pH 值為4.0)-乙腈。
2.3.4 色譜柱、柱溫、pH值、流量的選擇
ADP、ATP、GTP、GDP-L-巖藻糖均屬于極性化合物,相對分子質量均小于1 000,C18鍵合相可以最大限度地保留極性化合物,烷基柱更適用于極性大的樣品,因此選擇十八烷基硅烷鍵合硅膠柱作為實驗所用色譜柱。根據色譜柱越長,分離度越好,適合極性化合物,因此選擇250 mm長柱。使用色譜柱為4.6 mm內徑色譜柱,流量為1.0 mL/min可以使柱壓保持在合理范圍。
由于流動相中添加酸性離子對試劑,pH值和柱溫對各物質分離影響較大,分別考察了色譜柱溫度(25、30、40、50 ℃)以及流動相pH值(4.0、3.5)條件下對色譜分離效果的影響,最終確定色譜柱溫度為30 ℃,流動相pH值為4.0,該條件下,各物質的分離效果最佳。
2.4 方法學評價
2.4.1 專屬性按照1.2色譜條件測定空白溶液、GDP-L-巖藻糖對照品溶液和樣品溶液,疊加色譜圖結果如圖6所示。從圖6中可以看出,空白溶液無雜峰,GDP-L-巖藻糖出峰位置無干擾峰,樣品與對照品出峰時間一致,表明方法專屬性良好。
、
圖6 空白溶液、GDP-L-巖藻糖對照品溶液和樣品溶液色譜圖
Fig. 6 Chromatogram of blank solution, GDP-L-fucose reference solution, sample solution、
2.4.2 線性方程與檢出限
在1.2色譜條件下,分別測定GDP-L-巖藻糖系列標準工作溶液,試驗結果見表4。
表4 系列標準工作溶液測定結果
Tab. 4 Determination results of series standard working solutions
組分 | 質量濃度 (μg·mL?¹) | 色譜峰面積 |
GDP-L-巖藻糖 | 1.055 | 3.144 |
2.11 | 5.378 | |
5.275 | 11.527 | |
10.55 | 21.481 | |
12.66 | 25.775 | |
21.1 | 41.72 |
以化合物的質量濃度為橫坐標,對應的色譜峰面積為縱坐標進行線性回歸,計算線性回歸方程和線性相關系數。得到GDP-L-巖藻糖線性方程為y=1 920.9x+1.282 8,線性相關系數為0.999 9,表明GDP-L-巖藻糖的質量濃度在1.005~21.100 μg/mL 范圍內與各自色譜峰面積呈良好的線性關系。對GDP-L-巖藻糖對照品溶液進行稀釋,按照檢出限/定量限=1∶3配制檢出限溶液[18-19],得到GDP-L-巖藻糖方法檢出限為0.3 μg/mL。2.4.3 精密度試驗取1.3合成的GDP-L-巖藻糖,按照1.5樣品處理方法制備6份平行樣品溶液,在1.2色譜條件下測定,試驗結果見表5。
表5 精密度試驗結果
Tab. 5 Results of the precision test
組分 | 峰面積 | 質量濃度/(mg·mL?¹) | RSD% | |
測定值 | 平均值 | |||
GDP-L-巖藻糖 | 12.804 | 1.99 | 0.04 | |
12.813 | 1.2 | |||
12.808 | 1.2 | 1.2 | ||
12.802 | 1.2 | |||
12.81 | 1.2 | |||
12.802 | 1.99 |
由表5可知,GDP-L-巖藻糖平均含量(質量濃度)為1.20 mg/mL,測定結果的相對標準偏差為0.04%,說明該方法的精密度良好。2.4.4 樣品加標回收試驗取離心管的反應液上清液作為GDP-L-巖藻糖樣品,按照1.5樣品處理方法制備樣品溶液9份,分別加入適量GDP-L-巖藻糖對照品溶液,采用1.2色譜條件下進行測定,試驗結果見表6。由表6可知,GDP-L-巖藻糖的加標平均回收率為99.6%,表明該方法準確度良好。
表6 加標回收試驗結果
Tab. 6 Results of recoveries test
GDP-L-巖藻糖質量ug | 回收率/% | 平均回收率/% | ||
本底值/μg | 加標量/μg | 測定值/μg | ||
5.53 | 4.3 | 9.82 | 99.8 | 99.6 |
5.61 | 4.3 | 9.74 | 96 | |
5.64 | - | 9.67 | 93.7 | |
5.39 | 5.38 | 11.09 | 105.9 | |
5.32 | 5.38 | 10.64 | 98.9 | |
5.22 | - | 10.66 | 101.1 | |
5.59 | - | 8.89 | 102.5 | |
5.47 | 3.22 | 8.73 | 101.2 | |
5.58 | - | 8.71 | 97.2 |
3 結語
建立了高效液相色譜-二極管陣列檢測器對GDP-L-巖藻糖的酶催化反應中GDP-L-巖藻糖的測定方法。該方法簡單、靈敏、準確,能夠提供光譜信息對GDP-L-巖藻糖的定性分析,實時監控GDP-L-巖藻糖合成過程中的反應情況,可為FKP酶催化反應的機理研究和GDP-L-巖藻糖的量化生產提供技術參考。
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來源:化學分析計量