CH622788A5 - Process for obtaining carrier-bound gibberellins - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung trägerfixierter Gibberelline, wobei unter Trägerfixierung das chemische Verknüpfen des niedermolekularen Phytohormons mit hochmolekularen, zumeist unlöslichen Trägern, z.B. Polysacchariden, zu verstehen ist. The invention relates to a process for the production of carrier-fixed gibberellins, the chemical linking of the low-molecular phytohormone with high-molecular, mostly insoluble carriers, e.g. Polysaccharides, is to be understood.
Derartige aus Träger und Ligand bestehende Materialien haben aufgrund ihrer biologischen Aktivität in letzter Zeit zunehmend an Bedeutung gewonnen. Das gilt vor allem für die Affinitätschromatographie, bei der die spezifische Wechselwirkung zwischen Ligand und ligandaffinen Substanzen zur Abtrennung letzterer benutzt wird. Es ist bekannt, dass die Trägerfixierung tierischer Hormone zur Auffindung hormonspezifischer Rezeptorproteine führte und damit grundlegende Teilschritte der Wirkungsweise jener Hormone aufgeklärt werden konnten. Entsprechende Ergebnisse hinsichtlich Wirkungsmechanismus und Stoffwechsel sind beim Einsatz trägerfixierter Phytohormone ebenfalls zu erwarten. Trägerfixierte Gibberelline sind jedoch bisher noch nicht bekannt. Such materials consisting of carrier and ligand have recently become increasingly important due to their biological activity. This applies above all to affinity chromatography, in which the specific interaction between ligand and ligand-affine substances is used to separate the latter. It is known that the fixation of animal hormones to the carrier led to the discovery of hormone-specific receptor proteins and thus basic steps in the mode of action of those hormones could be elucidated. Corresponding results with regard to the mechanism of action and metabolism can also be expected when using carrier-fixed phytohormones. However, carrier-fixed gibberellins are not yet known.
1) Allgemeine Angaben über die Trägerfixierung finden sich bei: 1) General information about the beam fixation can be found at:
Axén, R., J. Porath u. S. Ernbeck - Nature 214,1302-1304 (1967) Axén, R., J. Porath u. S. Ernbeck - Nature 214, 1302-1304 (1967)
Chemical Coupling of peptides and proteins to Polysaccharides by means of cyanogen halides. Chemical coupling of peptides and proteins to polysaccharides by means of cyanogen halides.
Axén, R. u. P. Vretblad - Acty Chem. Scand. 25, 2711-2716 Axén, R. u. P. Vretblad - Acty Chem. Scand. 25, 2711-2716
(1971) (1971)
Binding of proteins to Polysaccharides by means of cyanogen halides. Cyanogen bromide - treated Sephadex. Binding of proteins to polysaccharides by means of cyanogen halides. Cyanogen bromide - treated Sephadex.
Baum, G. - Enzyme Engineering, Vol. 2 (eds, E. K. Pye u. L. B. Wingard, Jr.) - Plenum Press, New York - London 1974, pp. 63-64 Baum, G. - Enzyme Engineering, Vol. 2 (eds, E.K. Pye and L.B. Wingard, Jr.) - Plenum Press, New York - London 1974, pp. 63-64
Derivatives of controlied pore glass for affinity chromatogra-phy. Derivatives of controlied pore glass for affinity chromatography.
Cuatrecasas, P. - J. Biol. Chem. 245, 3059-3065 (1970) Protein purification by affinity chromatography . Derivatiza-tions of agarose and Polyacrylamide beads. Cuatrecasas, P. - J. Biol. Chem. 245, 3059-3065 (1970) Protein purification by affinity chromatography. Derivatives of agarose and polyacrylamide beads.
Cuatrecasas, P. u. J. Parikh - Biochemistry 11, 2291—2299 Cuatrecasas, P. u. J. Parikh - Biochemistry 11, 2291-2299
(1972) (1972)
Adsorbents for affinity chromatography. Use of N-hydroxysuc-cinimide esters of agarose. Adsorbents for affinity chromatography. Use of N-hydroxysuc-cinimide esters of agarose.
Turkovâ, J., O. Hubalkovâ, M. Krivakova u. J. (5oupek - Turkovâ, J., O. Hubalkovâ, M. Krivakova u. J. (5oupek -
Biochim. Biophys, Acta 322,1-9 (1973) Biochim. Biophys, Acta 322.1-9 (1973)
Affinity chromatography on hydroxyalkylmethacrylate gels. Affinity chromatography on hydroxyalkyl methacrylate gels.
2) Angaben über die Trägerfixierung und den Einsatz der Adsorbentien in der Affinitätschromatographie finden sich bei: Cuatrecasas, P. - Advan. Enzymol. Relat. Areas Mol. Biol. 36, 29-89 (1972) 2) Information on carrier fixation and the use of adsorbents in affinity chromatography can be found at: Cuatrecasas, P. - Advan. Enzymol. Relat. Areas Mol. Biol. 36, 29-89 (1972)
Affinity chromatography of macromolecules. Affinity chromatography of macromolecules.
Weetall, H. H. - Separation and Purification Methods 2,199- Weetall, H.H. - Separation and Purification Methods 2,199-
229 (1973) - Affinity Chromatography. 229 (1973) - Affinity Chromatography.
Methods in Enzymology, Vol. 34 (eds. W. B. Jacoby u. Methods in Enzymology, vol. 34 (eds. W. B. Jacoby et al.
M. Wilchek), Academic Press, New York 1974 - Affinity M. Wilchek), Academic Press, New York 1974 - Affinity
Techniques. Techniques.
3) Angaben über Rezeptorproteine tierischer Hormone finden sich bei: 3) Information about receptor proteins of animal hormones can be found at:
Cuatrecasas, P. - Proc. Nat. Acad. Sei. USA 69,1277-1281, (1972) Cuatrecasas, P. - Proc. Nat. Acad. Be. USA 69, 1277-1281, (1972)
Affinity chromatography and purification of the insulin reeep-tor of liver cell membranes. Affinity chromatography and purification of the insulin reeep-tor of liver cell membranes.
Dufau, M. L., D. W. Ryan, A. J. Baukai and K. J. Catt - J. Biol. Chem. 250,4822-4824 (1975) - Gonadotropin reeep-tors. Dufau, M.L., D.W. Ryan, A.J. Baukai and K.J. Catt - J. Biol. Chem. 250, 4822-4824 (1975) - Gonadotropin reeep-tors.
Solubilization and purification by affinity chromatography. Ludens, J. H., J. R. De Vries u. D. D. Fanestil - J. Biol. Solubilization and purification by affinity chromatography. Ludens, J.H., J.R. De Vries u. D. D. Fanestil - J. Biol.
Chem. 247,7533-7538 (1972) Chem. 247.7533-7538 (1972)
Criteria for affinity chromatography of Steroid binding macromolecules. Criteria for affinity chromatography of steroid binding macromolecules.
Sica, V., J. Parikh, E. Nola, A. G. Puca u. P. Cuatrecasas - J. Biol. Chem. 248, 6543-6558 (1973) Sica, V., J. Parikh, E. Nola, A.G. Puca u. P. Cuatrecasas - J. Biol. Chem. 248, 6543-6558 (1973)
Affinity chromatography and the purification of estrogen receptors. Affinity chromatography and the purification of estrogen receptors.
4) Angaben über die Herstellung und den Einsatz trägerfixierter Phytohormone finden sich bei: 4) Information on the production and use of carrier-fixed phytohormones can be found at:
Venis, M. A. - Proc. Nat. Acad. Sei. USA 68,1824-1827 (1971) Venis, M.A. - Proc. Nat. Acad. Be. USA 68, 1824-1827 (1971)
Stimulation of RNA transcription from pea and com DNA by protein retaines on Sepharose coupled to 2,4-di-chlorphen-oxyacetic acid. Stimulation of RNA transcription from pea and com DNA by protein retaines on Sepharose coupled to 2,4-di-chlorophen-oxyacetic acid.
Venis, M. A. -Biochem. J. 127, 29 P (1972) Venis, M.A. Biochem. J. 127, 29 P (1972)
Promotion of deoxyribonucleic acid - dépendent ribonucleic acid synthesis by protein isolated on an plant hormone affinity column. Promotion of deoxyribonucleic acid - dependent ribonucleic acid synthesis by protein isolated on an plant hormone affinity column.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gewinnung trägerfixierter Gibberelline zu entwik-keln. The invention is therefore based on the object of developing a method for obtaining gibberellins fixed to the carrier.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man Gibberelline in Form ihrer Anhydride oder ihrer Aminogruppen enthaltenden Derivate mit einem Träger unter Bildung einer Säureamidgruppierung umsetzt. Als Träger verwendet man vorzugsweise ein hochmolekulares Polysaccharid. The process according to the invention is characterized in that gibberellins in the form of their anhydrides or their derivatives containing amino groups are reacted with a carrier to form an acid amide group. A high molecular weight polysaccharide is preferably used as the carrier.
Die Säureamidgruppierung lässt sich auf verschiedene Weise The acid amide grouping can be done in different ways
5 5
10 10th
IS IS
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
3 3rd
herstellen. Wie gefunden wurde, besteht eine Möglichkeit darin, dass ein Anhydrid eines Gibberellins mit einem Träger, der primäre Aminogruppen enthält, z.B. einer Aminoalkylaga-rose, umgesetzt wird. Man gelangt ebenfalls zum Ziel, wenn ein Gibberellin-Derivat mit primärer Aminogruppe direkt mit s einem aktivierten Träger umgesetzt wird; diese Aktivierung kann z.B. mittels Bromcyan oder durch Verwendung eines Imidocarbonat-Strukturen enthaltenden Polysaccharids erfolgen. Schliesslich führt auch die Umsetzung eines Gibberellin-Derivates mit primärer Aminogruppe mit am Träger (z.B. 10 einem Polysaccharid) gebundenen und mit N-Hydroxysuccini-mid aktivierten Carboxylgruppen zu trägerfixierten Gibberellinen. Bei den beiden zuletzt genannten Verfahren kann man als Gibberellin-Derivat z.B. ein Gibberellinaminoalkylamid und als Träger durch Bromcyan aktivierte Agarose bzw. Carboxyl- is gruppen, die über eine Aminoalkylgruppierung an Agarose gebunden und mit N-Hydroxysuccinimid aktiviert sind, verwenden. produce. As found, one possibility is that an anhydride of a gibberellin with a carrier containing primary amino groups, e.g. an aminoalkylaga rose. The goal is also achieved if a gibberellin derivative with a primary amino group is reacted directly with an activated carrier; this activation can e.g. by means of cyanogen bromide or by using a polysaccharide containing imidocarbonate structures. Finally, the reaction of a gibberellin derivative with a primary amino group with carboxyl groups attached to the support (e.g. 10 a polysaccharide) and activated with N-hydroxysuccinimide leads to gibberellins fixed to the support. In the latter two processes, the gibberellin derivative can be e.g. a gibberellinaminoalkylamide and agarose or carboxyl groups activated by cyanogen bromide, which are bound to agarose via an aminoalkyl group and activated with N-hydroxysuccinimide.
Durch Variation der Alkylkettenlängen [—(CH2)n—] können die Gibberellinmoleküle über unterschiedlich lange Sei- 20 tenarme (Spacer) mit der hochmolekularen Polysaccharid-Matrix der Agarose verknüpft werden, was für affinitätschro-matographische Zwecke von grosser Wichtigkeit ist. By varying the alkyl chain lengths [- (CH2) n—], the gibberellin molecules can be linked to the high-molecular polysaccharide matrix of the agarose via side arms of different lengths, which is of great importance for affinity-chromatographic purposes.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht erstmals die Gewinnung trägerfixierter Gibberelline. Sie sind für eine 25 gezielte pflanzliche Stoffproduktion von technischer Bedeutung; denn damit werden bisher nicht realisierbare Untersuchungen zum Wirkungsmechanismus der in entscheidende Differenzierungs- und Entwicklungsprozesse bei Pflanzen eingreifenden Gibberelline möglich. 30 The method according to the invention makes it possible for the first time to obtain gibberellins which are fixed on the carrier. They are of technical importance for the targeted production of plant matter; Because this makes previously unrealizable studies of the mechanism of action of the gibberellins that intervene in crucial differentiation and development processes in plants. 30th
Das Verfahren soll nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen mit Reaktionsschemata erläutert werden. The process is to be explained below using a few exemplary embodiments with reaction schemes.
Beispiel 1 example 1
Umsetzung von Gibberellinsäureanhydrid 35 Conversion of gibberellic anhydride 35
mit Aminopentylagarose 1,4 ml Aminopentylagarose (Formel 1; n = 5) wurden in with aminopentyl agarose 1.4 ml aminopentyl agarose (formula 1; n = 5) were in
622 788 622 788
4 ml 0,1 m-Natriumboratpuffer pH 8,5 suspendiert und mit 25,8 mg Gibberellinsäureanhydrid (Formel 2) 30 Stunden lang bei 4°C umgesetzt. Das erhaltene Reaktionsprodukt (Formel 3; n = 5) wurde nacheinander mit 0,1 n-Natriumhydrogencar-bonat und Wasser gewaschen. Die quantitative Bestimmung ergab einen Gehalt von 2,46 |xM Gibberellinsäure pro ml Agarosegel. 4 ml of 0.1 m sodium borate buffer pH 8.5 suspended and reacted with 25.8 mg of gibberellic anhydride (formula 2) at 4 ° C. for 30 hours. The reaction product obtained (formula 3; n = 5) was washed successively with 0.1 n sodium hydrogencarbonate and water. The quantitative determination showed a content of 2.46 xM gibberellic acid per ml agarose gel.
Beispiel 2 Example 2
Umsetzung durch Bromcyan aktivierter Agarose mit Gibberellinsäure-4-amino-n-butylamid 15 ml Agarosegel (Formel 4) wurden mit 3 g Bromcyan aktiviert und in 15 ml 0,1 n-Natriumhydrogencarbonat mit 162,7 mg Gibberellinsäure-4-amino-n-butylamid (Formel 5; n = 4) 20 Stunden lang bei 4°C umgesetzt. Nach dem Auswaschen des überschüssigen Amides wurde das Gel mit 10 ml einer 1 n-Äthanolaminlösung in 0,1 n-Natriumhydrogencarbonat umgesetzt. Anschliessend erfolgte das Waschen mit 0,1 n-Natriumhydrogencarbonat und Wasser. Aus der Analyse des Reaktionsproduktes (Formel 3; n = 4) ergab sich ein Gehalt von 10,9 (ÎM Gibberellinsäure pro ml Agarosegel. Reaction by cyanogen bromide-activated agarose with gibberellic acid 4-amino-n-butylamide 15 ml agarose gel (formula 4) were activated with 3 g cyanogen bromide and in 15 ml 0.1 n sodium hydrogen carbonate with 162.7 mg gibberellic acid 4-amino-n -butylamide (formula 5; n = 4) reacted at 4 ° C for 20 hours. After the excess amide had been washed out, the gel was reacted with 10 ml of a 1N ethanolamine solution in 0.1N sodium hydrogen carbonate. This was followed by washing with 0.1N sodium hydrogen carbonate and water. Analysis of the reaction product (formula 3; n = 4) revealed a content of 10.9 (ÎM gibberellic acid per ml agarose gel.
Beispiel 3 Example 3
Umsetzung des N-Hydroxysuccinimidesters der Carboxyäthylagarose mit Gibberellinsäure-4-amino-n-butylamid 1 ml Agarosegel (Formel 6; m = 2), das im Spacerteil durch N-Hydroxysuccinimid aktivierte Carboxylgruppen enthält, wurde in 3 ml 0,1 m-Natriumacetatpuffer pH 6,3 mit 20 mg Gibberellinsäure-4-amino-n-butylamid (Formel 5; n = 4) Reaction of the N-hydroxysuccinimide ester of carboxyethyl agarose with gibberellic acid 4-amino-n-butylamide 1 ml agarose gel (formula 6; m = 2), which contains carboxyl groups activated by N-hydroxysuccinimide in the spacer part, was in 3 ml 0.1 M sodium acetate buffer pH 6.3 with 20 mg gibberellic acid 4-amino-n-butylamide (formula 5; n = 4)
über 15 Stunden bei 4°C umgesetzt. Nach dem Waschen des Reaktionsproduktes (Formel 7; m = 2, n = 4) mit 0,1 m-Natriumacetatpuffer pH 6,3 und Wasser wurde ein Gehalt von 0,56 [xM Gibberellinsäure pro ml Agarosegel ermittelt. implemented over 15 hours at 4 ° C. After washing the reaction product (formula 7; m = 2, n = 4) with 0.1 m sodium acetate buffer pH 6.3 and water, a content of 0.56 [xM gibberellic acid per ml agarose gel was determined.
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