DE2945129C2 - - Google Patents
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- C07H19/02—Compounds containing a hetero ring sharing one ring hetero atom with a saccharide radical; Nucleosides; Mononucleotides; Anhydro-derivatives thereof sharing nitrogen
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Description
Die Erfindung betrifft die neue Verbindung N6-(Carboxy
ethyl)-adenosintriphosphat und dessen Salze. Diese neue
Verbindung ist als Ligand bei der Affinitätschromatografie
oder als ein Enzym-Hilfssubstrat (Kofaktor) bei der tech
nischen Anwendung von Enzymen geeignet.
Affinitätschromatografie ist in den vergangenen Jahren
als wirksames Mittel zum Isolieren biologischer Stoffe
untersucht worden. Adenosintriphosphat (ATP) ist bei
Enzymreaktionen ein sehr wichtiger Kofaktor. Wenn man
infolgedessen ein Material herstellt, in dem man ATP
an eine geeignete Matrix bindet, und als Affinitäts
adsorbenz verwendet, so wird es möglich, Enzyme durch
Affinitätschromatografie zu isolieren und zu reinigen.
Bei vielen chemischen Reaktionen, bei denen ein Enzym
system in Kombination mit einem Kofaktor, wie ATP, im
technischen Maßstab verwendet wird, ist es von großer Be
deutung, die gegenseitige Umwandlung von ATP und Adenosin
diphosphat (ADP) glatt durchzuführen, wobei die Abtrennung
des Kofaktors von den Nebenprodukten erforderlich ist. Das
beste Verfahren, um die Abtrennung zu erleichtern, ist dabei
das Binden des Kofaktors an eine geeignete Matrix.
Es ist infolgedessen in zahlreichen Fällen erforderlich,
ATP an eine geeignete Matrix zu binden. Es ist jedoch oft
sehr schwierig, ATP an die Matrix zu binden, und deshalb
ist es erforderlich, funktionelle Gruppen in ATP einzuführen,
die dann leicht mit einer Matrix verbunden werden.
ATP-Derivate haben im allgemeinen im Vergleich zu ATP eine
niedrige Substrataktivität. Es besteht infolgedessen ein
Bedürfnis, ATP-Derivate mit einer höheren Substrataktivität
aufzufinden.
N6-(Carboxymethyl)-ATP, hergestellt von Mosbach, European
Journal of Biochemistry, Band 53 (1975), Seite 481, und
N6-[N-(6-Aminohexyl)carbamoyl]-ATP, hergestellt von Yamazaki
und Mitarbeiter, European Journal of Biochemistry, Band 77
(1977), Seite 511, sind zwei ATP-Derivate. Bisher war bekannt,
daß beim Einführen einer funktionellen Gruppe an einer an
deren Position als der N6-Stellung von ATP eine nur sehr
niedrige Substrataktivität erzielt wird. Obwohl beide
der vorerwähnten Verbindungen die funktionelle Gruppe
in der N6-Stellung tragen, weisen diese Verbindungen doch
keine sehr hohe Substrataktivität auf, und die praktische
Anwendbarkeit dieser Verbindungen ist daher beschränkt.
Da die N6-Carboxymethyl-Verbindung chemisch unstabil ist,
treten beim Binden an eine Matrix oder beim Einführen
von Abstandsgruppen bei der Umsetzung der N6-Carboxylgruppe
mit einer Aminogruppen enthaltenden Verbindung Nebenreak
tionen auf, und die gewünschte Umsetzung ist deshalb nur
sehr schwer durchzuführen. Die zweitgenannte Verbindung
wird aus ADP synthetisiert, und ist daher sehr viel teurer
als ATP.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein ATP-Derivat zur Ver
fügung zu stellen, welches eine hohe Substrataktivität
aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Bereitstellung der neuen
Verbindung N6-(Carboxyethyl)-adenosintriphosphat und
dessen Salzen gelöst. Geeignete Salze sind solche, bei
denen eine oder mehrere der Phosphatgruppen oder die
Carboxylgruppe mit einem Alkaliatom substituiert sind.
Das erfindungsgemäße ATP-Derivat kann nach verschiedenen
Verfahren hergestellt werden. Zum Beispiel kann man es herstellen,
indem man ATP in Wasser zusammen mit β-Halogenpropionsäure,
wie β-Jodopropionsäure oder β-Bromopropionsäure oder mit
β-Propiolacton löst und eine Dimroth-Umlagerung des ent
stehenden 1-(Carboxyethyl)-ATP vornimmt. Das Derivat in
der freien Säureform wird dann gewünschtenfalls mit einer
Base unter Ausbildung des entsprechenden Salzes neutralisiert.
In Wasser wird ATP mit einer β-Halogenpropionsäure oder
β-Propiolacton bei einem pH von etwa 5 bis 8 und vorzugs
weise 6 bis 7, bei etwa 20 bis 50°C umgesetzt. Die Säure
und das Lacton werden in ungefähr äquimolaren Mengen bis
vorzugsweise der 5fachen oder einer größeren Menge von
ATP verwendet. Die Dimroth-Umwandlung wird vorzugsweise
bei einem pH von 8 bis 11 und insbesondere von 9 bei 60 bis
90°C vorgenommen. Hierzu wird auf European Journal of
Biochemistry, Band 52 (1975), Seite 481, verwiesen.
Das erfindungsgemäße ATP-Derivat hat eine Carboxylgruppe
als funktionelle Gruppe an der N6-Stellung und kann deshalb
als ein N6-(Carboxyethyl)-ATP bezeichnet werden. Es ist
infolgedessen dem vorher erwähnten N6-(Carboxymethyl)-ATP
strukturell ähnlich. Ein Vergleich zeigt jedoch, daß das
erfindungsgemäße ATP-Derivat eine höhere Substrataktivität
aufweist, und daß die Nachteile des Carboxymethyl-Derivats
bei der Umsetzung mit einer Aminogruppen enthaltenden Ver
bindung als Matrix oder als Zwischenstück nicht auftreten.
Das erfindungsgemäße ATP-Derivat kann bei den meisten
Enzymen, für welche Adeninnucleotid ein Substrat oder
Koenzym ist, angewendet werden. Das erfindungsgemäße N6-
(Carboxyethyl)-ATP kann mit einer Aminogruppe enthaltenden
Verbindung als Matrix oder als Abstandshalter umgesetzt und
in der vorerwähnten Weise daran gekuppelt werden.
Beispiele von Aminogruppen enthaltenden Verbindungen, die
mit dem erfindungsgemäßen Derivat reagieren, sind Aminoalkyl
agarosen, wie Agarose-aminohexan, Aminoalkylcellulosen, wie
Aminohexylcellulose, Polylysin, Polyethylenimin (alle die
vorerwähnten Verbindungen sind Matrices) und Alkylendiamine,
wie Hexamethylendiamin (Abstandshalter).
Das erfindungsgemäße ATP-Derivat kann bei Enzymen, wie
Kinasen und Dehydrogenasen, angewendet werden. Insbesondere
wurde die industrielle Anwendbarkeit auf Acetatkinase als
Enzym für die gegenseitige Umwandlung von Adenin-Kofaktor,
wie ATP und ADP, untersucht. Acetatkinase ist anderen Kinasen
darin überlegen, daß das gegenseitige Umwandlungsverhältnis
von ATP und ADP (ATP ⇄ ADP) hoch ist und das Acetylphosphat
der phosphatliefernden Verbindung leicht synthetisiert
werden kann (ATP + Essigsäure ⇄ ADP + Acetylphosphat).
1 g Dinatrium-ATP wurde in 10 ml Wasser gelöst. Nach Zugabe
von 5 g β-Jodopropionsäure wurde der pH-Wert auf 6,5 eingestellt,
und die Umsetzung wurde bei Raumtemperatur durchgeführt.
Während der Umsetzung wurde der pH-Wert durch 2 mol/l Lithiumhydro
xid auf 6,5 gehalten. Nach 8 Tagen wurden zum Reaktionsge
misch 10 Volumenteile einer Aceton/Ethanol-Mischung (1 : 1,
Volumenverhältnis) zugegeben. Der Niederschlag wurde ge
sammelt, mit der vorerwähnten Aceton/Ethanol-Mischung ge
waschen und die Aceton/Ethanol-Mischung wurde unter vermin
dertem Druck entfernt. Die Ausbeute betrug 1,17 g. Nach
Auflösen des Niederschlags in 10 ml Wasser wurde der pH
auf 8,5 eingestellt und die Umlagerung wurde bei 70°C vor
genommen. Während dieser Reaktion wurde der pH durch 2 m
Lithiumhydroxid bei 8,5 gehalten. Nach 2,5 h wurde die die
Umlagerungsverbindung enthaltende Lösung mit Eis gekühlt,
mit 1 mol/l Chlorwasserstoffsäure auf den pH-Wert 7 eingestellt
und auf eine stark basische Anionenaustauschersäule (2 cm Durchmesser
und 32 cm Länge) gegeben. Die Säule wurde zunächst mit 300 ml
Wasser gewaschen, und dann wurde ein linearer Lithiumchlorid
gradient angelegt: Die Mischkammer enthielt 500 ml 0,3 mol/l
Lithiumchlorid und das Reservoir 500 ml 0,5 mol/l Lithiumchlorid.
In der abfließenden Lösung wurden die Hauptfraktionen mit
einer U. V.-Absorption bei 268 nm gesammelt und konzentriert.
Dazu wurde eine Ethanol/Aceton-Lösungsmittelmischung (1 : 1,
Volumenverhältnis) zugegeben, wobei man 0,39 g N6-(Carboxy
ethyl)-ATP als weißes Pulver erhielt.
Eine Untersuchung dieses Produktes durch Cellulose-Dünn
schichtchromatografie unter Verwendung von 0,1 mol/l
Kaliumphosphat (pH: 6,8) : Ammoniumsulfat : 1-Propanol-
Mischung in einem Verhältnis von 100 (v) : 60 (w) : 2 (v)
als Entwicklungslösungsmittel wurde ein einziger Fleck bei
Rf 0,42 erhalten. Das Ultraviolett-Absorptionsspektrum
zeigte ein λ max 268 nm (ε = 15 500 m-1cm-1) in einer wäßri
gen Lösung mit einem pH von 7.
Die Struktur der Verbindung wurde außerdem durch protonen
kernmagnetische Resonanzmessung (NMR) in schwerem Wasser be
stimmt. Das NMR-Spektrum wurde durch die Absorption der
beiden Wasserstoffatome am Purinring bei δ = 8,86 und 8,65
(jeweils Singulett), die Absorption des Wasserstoffatoms
in der 1′-Stellung der Ribose bei δ 6,56 (Doublett) und der
Absorption des Wasserstoffatoms am Ethylen der Carboxyethyl
gruppe bei δ = 4,20 und 3,02 (Triplett) charakterisiert.
Es wurde weiterhin durch die Farbbildung mittels der Molybdän
blau-Reaktion festgestellt, daß die Verbindung drei
Phosphoratome enthielt.
1 g Dinatrium-ATP wurde in 10 ml Wasser gelöst und dazu wurde
bei einem pH von 6,8 β-Propiolacton gegeben. Die Umsetzung
wurde bei pH 6,8 mit 2 mol/l Lithiumhydroxid bei Raumtemperatur
durchgeführt. Nach 56 h wurden 10 Volumina einer Aceton/Ethanol-
Mischung (1 : 1, Volumenverhältnis) zugegeben, wobei das Pro
dukt ausfiel. Das Produkt wurde bei 70°C und pH 8,5 in glei
cher Weise wie in Beispiel 1 umgelagert und über einer stark
basischen Anionenaustauschersäule abgetrennt, wobei man 0,20 g N6-(Carboxyethyl)-
ATP erhielt. Die Analyse, die in gleicher Weise wie in Bei
spiel 1 erfolgte, zeigte, daß die Verbindung die gleiche
Struktur wie in Beispiel 1 hatte.
Die bessere Substrataktivität der erfindungsgemäßen Ver
bindung wird durch folgende Vergleichsversuche gezeigt.
N6-(Carboxymethyl)-ATP und N6-[N-(-Aminohexyl)carbamoyl]-
ATP wurde nach Mosbach et al. bzw. Yamazaki et al. (siehe
die beiden vorher genannten Literaturstellen) synthetisiert,
und die Substrataktivität jeder dieser Substanzen wurde mit
der des erfindungsgemäßen, nach Beispiel 1 erhaltenen
ATP-Derivats verglichen. Die Substrataktivität wurde ge
prüft gemäß Biochemica Information, Boehringer Mannheim Co.
(1973) unter Verwendung des Enzyms Acetatkinase aus Bacillus
stearothermophilus (hergestellt nach dem Verfahren gemäß
der JP 52-25 088 (A)
in einer spezifischen
Aktivität von 1369 Einheiten/mg. Die Veränderung der Absorp
tion bei 340 nm in der Zeiteinheit wurde in gleicher Weise
gemessen, mit der Ausnahme, daß 2 mmol Fructose-1,6-Diphosphat
zu der Untersuchungsmischung gegeben wurden. Die jeweiligen
maximalen Reaktionsgeschwindigkeiten (V max) werden nachfolgend
angegeben, wobei als Bezug ATP = 100 verwendet wird.
- N6-(Carboxyethyl)-ATP (erfindungsgemäß) 35
N6-(Carboxymethyl)-ATP 20
N6-[N-(6-Aminohexyl)carbamoyl]-ATP 23.
Diese Ergebnisse zeigen die höhere Substrataktivität des
erfindungsgemäßen Derivates.
Nachdem man 100 mg von jeweils N6-(Carboxymethyl) und N6-
(Caboxyethyl) ATP-Derivate in 5 ml Wasser gelöst hatte,
wurden 400 mg Hexamethylendiamin zugegeben. Der pH wurde
unter Verwendung von 0,5 m HCl bei 4,7 gehalten, und dann
wurden 150 mg 1-Ethyl-3-(3-dimethyl-aminopropyl)carbodiimid-
hydrochlorid (EDC) in üblicher Weise zugegeben und die Fähig
keit des Derivates, mit diesem bekannten Abstandshalter
zu reagieren, verglichen. Im Falle von N6-(Carboxymethyl)-ATP
wurde die Reaktionslösung innerhalb einiger Minuten gelb und
veränderte sich dann zu einer roten Farbe und wurde viskos.
Beim Versuch, das Reaktionsprodukt in diesem Zustand unter
Verwendung von verschiedenen Nichtlösungsmitteln zu gewinnen,
kristallisierte das Produkt nicht und konnte nicht erhalten
werden.
Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen ATP-Derivates
konnte ein solches nachteiliges Verhalten nicht beobachtet
werden, und man erhielt ein rohes Reaktionsprodukt als
weißes Pulver nach Zugabe von 10 Volumenteilen Aceton/
Ethanol-Mischung (1 : 1, Volumenverhältnis) zum Reaktions
gemisch. Bei dem erfindungsgemäßen Derivat betrug die
Ausbeute nach 4 h 90 mg im Falle von EDC.
Claims (1)
- N6-(Carboxyethyl)-adenosintriphosphat und dessen Salze.
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