4-Methylumbelliferyl-beta-D-glucuronid CAS 6160-80-1

4-Methylumbelliferyl-beta-D-glucuronid(4-MUG) ist eine organische Verbindung mit der Summenformel C16H13NO7 und einer Molmasse von 333,27 g/mol für CAS 6160-80-1. Es erscheint normalerweise als weißes bis hellgelbes Pulver oder Kristall. Es hat eine gute Wasserlöslichkeit und kann sich in Wasser auflösen. Die Molekülstruktur dieser Verbindung enthält eine Glucuronsäuregruppe (GlcA) und eine 4-Methylumbelliferongruppe (4-MeUmb). Die Glucuronsäuregruppe ist über glykosidische Bindungen mit der 4-Methylumbelliferongruppe verbunden. Charakteristische spektrale Eigenschaften. Beispielsweise zeigt die Verbindung unter ultraviolettem Licht eine starke Fluoreszenz und kann für ihre quantitative Analyse verwendet werden. Seine maximale Anregungswellenlänge und maximale Emissionswellenlänge betragen 365 nm bzw. 448 nm. Es ist eine schwache Säure mit einem niedrigeren pKa-Wert in Wasser. Als Substrat mit fluoreszierenden Eigenschaften hat es einen breiten Anwendungswert bei der Detektion und dem Screening von Enzymaktivitäten. Sein einfaches Prinzip, die komfortable Bedienung, die hohe Empfindlichkeit und die Quantifizierbarkeit machen es zu einem wichtigen Werkzeug in zahlreichen Bereichen wie der Biomedizin, der Chemie und den Biowissenschaften.

4-Methylumbelliferyl-beta-D-glucuronid(4-MUG) ist ein fluoreszierendes Substrat, das häufig zum Nachweis und Screening von Enzymaktivitäten verwendet wird.

1. Nachweis der Enzymaktivität

Prinzip: Der Enzymaktivitätsnachweis von 4-MUG basiert auf seiner Eigenschaft, von spezifischen Enzymen als Substrat hydrolysiert zu werden. Wenn das Enzym auf 4-MUG einwirkt, spaltet es dessen glykosidische Bindungen und setzt 4-Methylumbelliferon (4-MU) mit fluoreszierenden Eigenschaften frei. Durch die Erfassung der Intensität und Veränderungen von Fluoreszenzsignalen kann die Aktivität von Enzymen beurteilt werden.

Anwendungsfeld:

(1) Biologische Probenanalyse: Mit 4-MUG als Substrat kann die Aktivität spezifischer Enzyme in biologischen Proben (wie Blut, Urin, Gewebehomogenat usw.) nachgewiesen werden. Dies ist von großer Bedeutung für die Krankheitsdiagnose, die Erforschung des Arzneimittelstoffwechsels und die Entdeckung von Biomarkern.

(2) Enzyminhibitor-Screening: Durch die gleichzeitige Inkubation von 4-MUG mit Enzyminhibitoren kann die Wirkung von Enzyminhibitoren auf die Enzymaktivität beobachtet werden. Diese Methode kann verwendet werden, um die Wirksamkeit von Enzyminhibitoren zu überprüfen und zu bewerten und als Leitfaden für das Design und die Entwicklung von Arzneimitteln zu dienen.

(3) Enzymkinetikforschung: Durch die Verwendung unterschiedlicher Konzentrationen von 4-MUG als Substrate können die kinetischen Parameter des Enzyms, wie die Michaelis-Konstante (Km) und die maximale Reaktionsgeschwindigkeit (Vmax), untersucht werden. Diese Daten helfen, den Mechanismus und die Effizienz enzymkatalysierter Reaktionen zu verstehen.

2. Enzymaktivitätsscreening

(1) Hochdurchsatz-Screening: 4-MUG eignet sich für das Enzymaktivitäts-Screening mit hohem Durchsatz, da es Fluoreszenzeigenschaften aufweist und einen schnellen und empfindlichen Nachweis ermöglichen kann. Durch die gleichzeitige Inkubation einer großen Anzahl von Kandidatenverbindungen mit 4-MUG können Verbindungen mit Enzymaktivitätsregulierung gescreent werden.

(2) Enzyminhibitor-Screening: Mit 4-MUG als Substrat können Verbindungen mit Enzyminhibitorwirkungen gescreent werden. Mit dieser Methode können neue Enzyminhibitoren entdeckt und Kandidatenmoleküle für das Design und die Entwicklung von Arzneimitteln bereitgestellt werden.

(3) Enzymaktivator-Screening: Zusätzlich zu Enzyminhibitoren kann 4-MUG auch zum Screening von Verbindungen mit Enzymaktivierungseffekten verwendet werden. Durch die Erkennung der Verstärkung von Fluoreszenzsignalen können Verbindungen identifiziert werden, die die Enzymaktivität steigern können und so neue Wege für die Regulierung der Enzymfunktion eröffnen.

3. Biofluoreszenzmarkierung: 4-Methyllumbelliferol-beta-D-glucuronid hat Fluoreszenzeigenschaften und wird häufig als Biofluoreszenzmarker verwendet. Es kann unter Anregung von ultraviolettem Licht helle blaue Fluoreszenz emittieren, und das Emissionsspektrum überlappt erheblich mit dem Anregungsspektrum, was für die Fluoreszenzerkennung und -analyse von Vorteil ist. Durch die Bindung von 4-Methyllumbelliferol-beta-D-glucuronid an Antikörper, Proteine ​​oder andere Biomoleküle können fluoreszierende Sonden hergestellt werden, die für den empfindlichen Nachweis und die Lokalisierung von Zielmolekülen in biologischen Proben verwendet werden können.

4. Forschung zum Arzneimittelstoffwechsel:4-Methylumbelliferyl-beta-D-glucuronidwird häufig als Modellverbindung für die Erforschung des Arzneimittelstoffwechsels verwendet. In der Arzneimittelstoffwechselforschung kann diese Verbindung die Struktur natürlicher Metaboliten simulieren und als Modell für mögliche Zwischen- oder Endprodukte dienen, die beim Arzneimittelstoffwechsel entstehen können. Durch die Untersuchung und Charakterisierung der Stoffwechselprozesse von Arzneimitteln in Organismen können wir ein tieferes Verständnis ihrer Stoffwechselwege, Kinetik und Bioverfügbarkeit erlangen.

Die Laborsynthesemethode von4-Methylumbelliferyl-beta-D-glucuronidumfasst die folgenden Schritte:

(1) Einführung von Schutzgruppen: Wählen Sie geeignete Schutzgruppen aus, um Glucuronsäure zu schützen und unnötige Nebenreaktionen in Folgereaktionen zu vermeiden. Zu den üblichen Schutzgruppen gehören Estergruppen, Ethergruppen usw. Wählen Sie Methylester als Schutzgruppe, um Glucuronsäure in Methylesterglucuronsäure umzuwandeln. Bei dieser Reaktion werden Methanol und Carbonsäureanhydrid als Reaktanten verwendet, wobei Schwefelsäure als Katalysator dient.

Die Reaktionsgleichung lautet wie folgt:

(CH₃)₂C(OH)-CH₂-COOH + H₂ALSO₄→ (CH₃)₂C(O)-CH₂-COOH + CH₃OH

(2) Kopplungsreaktion: Kopplungsreaktion zwischen 4-Methylumbelliferon und Glucuronsäure mit Schutzgruppen. Dieser Schritt erfordert normalerweise die Verwendung von Kopplungsmitteln wie DCC, EDC usw., um die Reaktion zu erleichtern. Die Reaktionsbedingungen müssen entsprechend kontrolliert werden, um die Reinheit und Ausbeute des Produkts sicherzustellen. Bei dieser Reaktion wird DCC als Kupplungsmittel verwendet.

(3) Die Reaktionsgleichung lautet wie folgt:

(CH₃)₂C(O)-CH₂-COOH + NH₂-CH=CH-COOH + DCC + C₆H₅N₃O → (CH₃)₂C(O)-CH₂-CO-NH-CH=CH-COOH + H₂O + NH₄OH

(CH₃)₂C(O)-CH₂-CO-NH-CH=CH-COOH + NH₂(CH₃) → (CH₃)₂C(O)-CH₂-CO-NH-CH=CH-CO-NH(CH₃) + H₂O

(CH₃)₂C(O)-CH₂-CO-NH-CH=CH-CO-NH(CH₃) + HBr → (CH₃)₂C(O)-CH₂-CO-NH-CH=CH-CO-Br(CH₃) + HBr

(CH₃)₂C(O)-CH₂-CO-NH-CH=CH-CO-Br(CH₃) → (CH₃)₂C(O)-CH₂-CO[C₁₆H₈-(NH^-)-6]-Br(CH₃) + NaCl + NaBr

(3) Entfernung von Schutzgruppen: Durch die Verwendung einer Mischung aus Natriummethanol und Natriumethanol als Katalysator wird Methylglucuronsäuremethylester aus 4-Methyllumbelliferyl beta D-glucuronid entfernt. Die Reaktionsgleichung lautet wie folgt:

(CH₃)₂C(O)-CH₂-CO[C₁₆H₈-(NH^-)-6]-Br(CH₃) + CH₃ONa + C₂H₅ONa → (CH₃)₂C(O)-CH₂-CO[C₁₆H₈-(NH^-)-6] + 2NaBr + 2CH₃OH + C₂H₅OH

(4) Reinigung: Das Rohprodukt wird durch Säulenchromatographie und Umkristallisation gereinigt, um hochreines 4-Methyllumbelliferol-beta-D-glucuronid zu erhalten. Der spezifische Prozess ist wie folgt:

Lösen Sie das Rohprodukt in einer geeigneten Menge Lösungsmittel und trennen Sie es durch Säulenchromatographie. Wählen Sie geeignete Adsorptionsmittel und Eluenten aus, waschen Sie Verunreinigungen und nicht umgesetzte Rohstoffe der Reihe nach ab, um reine Produkte zu erhalten. Bei der Rekristallisation werden reine Produkte in einer geeigneten Menge Lösungsmittel gelöst und durch Abkühlen und Kristallisieren reine Produkte erhalten. Durch die Umkristallisation können kleine Mengen nicht umgesetzter Rohstoffe und Nebenprodukte entfernt werden, wodurch die Reinheit des Produkts weiter verbessert wird.

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