Гомологи октан: Составить 3 гомолога и 3 изомера для октана

Содержание

строение, свойства, методы получения и применение

Октан – восьмой член в гомологическом ряду алканов. Изомеры октана характеризуются структурным разнообразием, вследствие чего свойства этих веществ различны. Они, в свою очередь, определяют сферу применения того или иного изомера. Главным источником для получения октанов служит нефть и продукты ее переработки.

Формула и строение

Являясь типичными предельными углеводородами ациклического строения, октаны содержат наибольшее возможное количество атомов водорода. Построение углеродного скелета и удержание на нем водородных атомов осуществляется только за счет прочных одинарных -связей.

Состав октана выражается химической формулой С8h28. Простейшее строение молекулы октана представляет собой неразветвленную и не содержащую циклов цепь, так называемый нормальный, или н-октан. Она образована восемью углеродными атомами, валентности которых полностью насыщены.

Структурная формула октана:

Строение молекулы можно также изобразить с помощью скелетной формулы, где символы водорода и углерода опускаются. Вершины и концы ломаной линии означают углеродные атомы:

Зигзагообразная форма линии точнее отражает молекулярную структуру углеводородов, так как углеродные атомы связываются между собой не линейно, а подчиняясь валентным углам, возникающим у атома в sp3-гибридизованном состоянии.

Поскольку вокруг -связей возможно вращение, молекула может образовывать ряд конформаций – вариантов расположения атомов по отношению друг к другу. Для линейных алканов наиболее энергетически выгодной и стабильной является конформация в виде зигзага.

Изомерия октана

У соединений состава С8h28 изомеры возникают не только вследствие вариантов ветвления цепочки. Октаны способны образовывать изомеры на основе оптических различий между структурно одинаковыми молекулами. Все изомеры октана являются насыщенными ациклическими углеводородами – кратные связи в них не появляются.

Структурная изомерия

Алканы образуют структурные изомеры лишь по одному признаку – по порядку связывания атомов, формирующих углеродный скелет. Таких изомеров насчитывается 18, и их удобно разделить на группы по типу и количеству алкильных радикалов:

Оптическая изомерия

Пространственные изомеры данного типа, называемые также энантиомерами, при идентичной структуре не обладают зеркальной симметрией. Такие молекулы-энантиомеры представляют собой взаимные зеркальные отражения, которые не могут совпасть при вращении, – антиподы. Отсутствие зеркальной симметрии носит название хиральности (пример – правая и левая руки).

Хиральность возникает, если все четыре заместителя при каком-либо углеродном атоме оказываются разными. В этом случае в молекуле отсутствует плоскость симметрии. Как бы ни вращался этот атом (центр хиральности) вместе с радикалами, молекулу невозможно совместить с ее зеркальным отражением.

Если же молекула обладает плоскостью симметрии, она не является оптическим изомером. Возникает другой тип пространственной изомерии – диастереомерия.

Энантиомеры проявляют свои различия только в оптически активной среде. Так, являясь антиподами, они поворачивают в противоположных направлениях плоскость поляризации света. В химических взаимодействиях с хиральными соединениями (например, аминокислотами) оптические изомеры существенно различаются по реакционной способности.

Наименования и формулы изомеров октана

Физические свойства

Октаны – прозрачные жидкости без цвета, со слабо выраженным запахом. Появление боковых ветвей в молекулах изомерных форм прежде всего влияет на межмолекулярные связи, что приводит к изменению температур, при которых вещества совершают фазовые переходы.

Изомеры состава С8h28, подобно всем алканам, нерастворимы в воде, но растворяются в эфирах, бензоле и других органических растворителях.

Основные физические характеристики октанов приводятся в таблице.

Химические свойства

Изомерные октаны принадлежат к одному классу веществ – насыщенным ациклическим углеводородам. Поэтому в химических взаимодействиях они проявляют типичные для алканов свойства:

  • не участвуют в реакциях присоединения;
  • вступают в реакции замещения:
  • при комнатной температуре устойчивы к действию окислителей;
  • отличаются горючестью:
  • разлагаются при температурах свыше 500 С без доступа воздуха на смесь низших алканов и алкенов (крекинг):
  • дегидрируются при температуре на катализаторе с образованием циклоалкана и последующим превращением в ароматический углеводород бензольного ряда:
  • изомеризуются с образованием разветвленной молекулы:

Получение октанов

Для лабораторного синтеза октана и его изомеров применяются следующие методы:

  • гидрирование ненасыщенных линейных углеводородов – алкенов и алкинов:
  • гидрирование циклоалканов:
  • восстановление галогеналканов:
  • синтез низших галогеналканов с участием металлического натрия, отнимающего галоген (реакция Вюрца):

В промышленности октан и его изомеры получают в процессах бензиновой фракции нефти или в числе прочих углеводородов при синтезе по методу Фишера–Тропша:

Применение октанов

Как сырье или промежуточный продукт октан используется в органическом синтезе. С его помощью получают ароматические углеводороды бензольного ряда – этилбензол и ортоксилол – а также другие соединения. Октан также применяется в качестве растворителя. Как компонент топлива октан играет скорее отрицательную роль, так как понижает устойчивость горючего к детонации.

Изооктан благодаря разветвленной структуре молекулы не склонен к детонации, вследствие чего принят в качестве эталона для определения качества бензина. Изооктан входит в состав авиационного топлива. Как химическое сырье изооктан не находит применения. Сфера его использования ограничена топливной отраслью, в которой изооктан играет важную роль.

Это интересно:

Изомеры органических веществ

Галогеналканы

Гомологический ряд алкадиенов

выделенных углеводородов Октан — Справочник химика 21





    До сих пор из сырого бензина нефти Понка было выделено только нять углеводородов с двумя циклановыми кольцами (би-цикланов) и только для трех из них установлено строение цис-бицикло (3,3,0) — октан, выкипающий при 136,5° С бицикло (3,2,1) — октан, выкипающий при 138° С  [c. 17]

    Для иллюстрации достигаемого равновесия можно указать, что при применении насыщенного водного раствора мочевины в маточном растворе, остающемся после кристаллизации при 24—27″ комплексов из смеси углеводородов, содержащей н-додекан, находится около 5% мол. / -додекана. В случае углеводородной смеси, содержащей н-октан, для получения такой же низкой концентрации к-парафина в маточном растворе комплексообразование необходимо проводить при температуре от —1 до -[-1,7°. В обоих случаях применение более низких температур позволяет выделить дополнительное количество н-парафина из раствора. Если концентрация мочевины ниже, чем соответствует насыщенному раствору, то полнота выделения -парафинов в виде комплексов, наоборот, уменьшится. [c.64]








    Особенно много парафиновых углеводородов содержат некоторые нефти Второго Баку, возникшие в девонский геологический период. В очень большом количестве парафиновые углеводороды содержатся в пенсильванской (США) нефти. Из нее дробной перегонкой было выделено много жидких гомологов метана, причем обычно они представляют собой смеси изомеров низшие гомологи (пентан — октан) имеют преимущественно нормальное строение. Низкокипящие фракции грозненской нефти также состоят главным образом из парафиновых углеводородов, тогда как бакинские нефти содержат много алициклических углеводородов, а некоторые уральские — также много ароматических углеводородов. [c.172]

    Многие ароматические углеводороды получают непосредственно из каменноугольной смолы или косвенно из нефти. Каменноугольная смола содержит бензол, нафталин, толуол, ксилол и т.д., которые можно выделить перегонкой, и она широко использовалась как первичный источник ароматических углеводородов. Однако во время второй мировой войны был разработан процесс получения ароматических углеводородов из нефти, и в настоящее время это главный источник ароматических углеводородов. Сама нефть состоит главным образом из алифатических углеводородов, таких, как гептан и октан, которые превращаются в ароматические углеводороды (толуол и ксилол) при пропускании над катализатором — оксидом металла при высокой температуре. В лаборатории алкилбензолы можно получить алкилированием по Фриделю — Крафтсу или ацилированием с последующим восстановлением (разд. 5.4). [c.119]

    Из отдельных групп соединений, входящих в состав бензина, выделены из алканов н-пентан, гептан, гексан, октан, нонан, изопентан и другие изоалканы из цикланов циклогексан, метил, диметил и этил, циклогексаны, циклопентан, метил-циклопентан из ароматических углеводородов бензол, толуол, о-л -п-ксилолы, кумол и другие углеводороды. [c.281]

    Для очистки от неомыляемых компонентов сырых нафтеновых кислот применяли двухфазовые растворители, содержащие водный раствор аммиака, углеводороды (гексан, октан, нефтяной лигроин и их смеси) и спирты (метанол, этанол, пропанол-2 и их смеси). Например, сырые кислоты (кислотное число 94 мг КОН/г), полученные экстракцией фенолом дистиллятного масла средней вязкости, обработали раствором, содержащим аммиак, гексан и метанол. Из полученной после экстракции верхней гексановой фазы выделено перегонкой в вакууме масло с кислотным числом 29,9 мг КОН/г. Из нижней спиртовой фазы регенерировано 86% очищенных нафтеновых кислот (кислотное число 144 мг КОН/г) [7]. [c.134]

    В отделителе при 7—10 °С конденсируется до 50% хлоридов (сырой продукт I). Оставшиеся хлориды абсорбируются из пропилена углеводородами, например октаном (сырой продукт II), а затем отгоняются из абсорбционной жидкости. Насыщенный октаном неабсорбированный пропилен выходит из абсорбера и после проточного охлаждения рассолом снова возвращается в цикл. На трехчетырех специальных колоннах (лучше всего из никеля) из продуктов I и II периодически или непрерывно выделяется чистый аллилхлорид. [c.179]

    Первыми бициклическими углеводородами, обнаруженными в американских нефтях, были гране декалины и гкалифорнийской нефти были выделены норборнан, его метиль-ные производные, бицикло[3.3.0]октан бицикло[3.2.1]октан, би-цпкло[2.2.0]октаи, транс- и г йс-бпцикло[4.3.0]нонаны. [c.130]

    В нефтях найдены все изомеры пентана, гексана, гептана. Из 18 изомерных октанов выделено 17. Из 35 изомерных нонанов в нефтях найдено 24 изомера. В нефтях найдены и выделены все метановые углеводороды нормального строения вплоть до Сзе (гек-сатриаконтан). [c.53]

    Октан содержится в бензиновой фракщш нефти и продуктах ее деструктивной переработки, в алкилате, образуется при синтезе углеводородов по методу Фишера-Тропша. В пром-сти его выделяют из указанных продуктов ректифи-кащ1ей в сочетании с селективной адсорбцией на цеолитах или комплексообразованием с мочевиной. В лаб. условиях получают гидрированием октенов, по р-ции Вюрца нз [c.368]

    Почти такое же количество (4—5% продукта с прямой цепью) было найдено ранее в димерном а-бутилене, полученном при температуре около 200°. В этом случае димер также сначала гидрировали, затем насыщенный углеводород (1 л) тщательно разгоняли на фракции на колонне с большим числом теоретических тарелок. Таким образом были выделены 50 мл вещества, идентифицированногй как и-октан (и-октан, т. кип. 125°, 3-метил-гептан, т. кип. 119°). [c.176]

    Жидкие изопарафиновые углеводороды (ИПУ) по своим свойствам существенно отличаются от НПУ. Число изомеров зависит от числа атомов углерода в молекуле. Так, для гексанов известно 5 изомеров, гептанов — 9 (из них выделены из нефти и изучены 7), октанов — 18 (16), нонанов — 35 (24) и т. д. [c.77]

    Весьма подробное исследование бензинов, полученных при синтезе над кобальтовым катализатором, позволило установить выделить из них изобутан, 2-метилпентан, 3-метил-пентан, 4-метилпентан, н-гексан, 2-метил- и 3-метилгексаны, н-гептан, н-октан, 3-метилоктан, н-нонан, пентен-1, пентен-2, гексеп-1, гексен-2, 2,3-диметилпентен-1, гептен, октен, ионен. Углеводороды с четвертичным углеродным атомом найдены не были. Содержание алкенов понижается при синтезе под давлением над катализатором Со-ТЬОг-МеО-кизельгур. [c.504]

    Майр и Шамаингар [245] применили молекулярные сита типа 10Х и 13Х для разделения одно-, двух- и трехядерных ароматических углеводородов состава С-. з—Сгэ- Эти три фракции ароматических углеводородов были выделены из тялпутем адсорбции на окиси алюминия. Каждая из этих ароматических фракций разделял1ась последовательно на молекулярных ситах 13Х и 10Х в жидкой фазе, лри комнатной температуре, в колонках, наполненных этими ситами. Элюентом для неадсорбированной части фракции служил изо-октан, а десорбция производилась перегретым водяным паром или этиловым спиртом при 75°С. Таким путем были получены по три фр-акции 1—неадсорбированная на 13Х, 2 — адсорбированная на 13Х, но неадсорбированная на 10Х и 3— адсорбированная на 10Х. [c.80]

    С другой стороны, интересно, что, по данным Б. А. Казанского и X. И. Арешидзе, палладированный уголь в данной реакции ведет себя иначе, чем платинированный. Диизобутил, н.-октан и 2-метилгексан не претерпевают изменения при пропускании их над палладированным углем при 300—305° в слабом токе водорода. В атмосфере азота палладированный уголь действует на парафиновые углеводороды как дегидрирующий, но не как циклизующий катализатор, так что из октана в этих условиях образуется главным образом октен. Такие результаты находятся в согласии с данными Тауша и Пут-ноки, которые наблюдали образование олефинов из изонен-тана, гексана, гептана и октана под действием палладия при 300°, хотя и не выделяли индивидуальных продуктов реакции. [c.32]

    Ды.мящая серная кислота реагирует с некоторы.ми углеводородами из ряда парафинов с образованием сульфокислот. Действие дымящей серной кислоты на норм, гексан, норм, гептан и норм, октан изучил Worstall причем былО установлено, что на холоду дымящая серная кислота на эти углеводороды не действует однако их все же можно быстро просульфировать, если кислоту прибавлять к кипящим углеводородам. Получающийся при этом продукт состоит -из моносульфокислот наряду с небольшим количеством дисульфокислот. Если через кипящие углеводороды пропускать ток серного- ангидрида, то дисульфокислоты получаются в большем количестве. Гексанмоносульфокислота, выход которой при работе по этому способу равен 30—40%, представляет собой светлокоричневую жидкость, очень легко растворимую в воде, но нерастворимую в эфире. При сульфировании одновременно происходит значительное окисление углеводородов. Получающаяся при действии серного ангидрида на кипящие углеводороды дисульфокислота представляет собой темную сиропообразную жидкость. Помимо этой кислоты из реакционной смеси было выделено еще коричневое неустойчивое вещество, нерастворимое в воде и органических растворителях, которое по мнению автора вероятно является оксисульфоном. [c.1083]

    Насыщенные углеводороды реагируют с целым рядом окислителей. Так например перекись бензоила окисляет некоторые из низших парафинов, причем из получающихся в результате окисления смесей были выделены жирные спирты. Boeseken и aster нагревали перекись бензоила с очищенной фракцией нефти, кипящей при 95—100°, и установили, что в результате происходящей при этом реакции образуются углекислота, бензол, бензойная кислота, гептилбензол и повидимому третичный гептакол. Норм, октан начинает реагировать с перекисью бензоила при 100°, причем в начале реакции образуются углекислота, бензол и бензойная кислота. При гидролизе нейтральных продуктов этой реакции была выделена смесь спиртов, которые пов идимому представляют собой вторичные октанолы. [c.1145]

    Наряду с количественными определениями группового состава сланцевой смолы имеются данные о присутствии в ней целого ряда индивидуальных представителей углеводородов и их строении. Эта работа проведена в основном А. П. Сиверцевым. В настоящее время из сланцевой смолы выделены и идентифицированы следующие углеводороды алканы — н- и изобутаны, н-пентан, н-гексан, н-гептан, н-октан алкены-—гексен-1, геп-тен-1, октен-1, нонен-1 и, как их спутники, в небольших количествах — гексен-2, гексен-3, гептен-2, октен-3, октен-4 ароматические углеводороды — бензол, толуол, орто-, мета- и параксилолы 1, 2, 3-триметилбензол 1, 2, 3, 4-тетраметилбензол, нафталин и а-метилнафталин, а также антрацен и его производные. Представители нафтенов пока не найдены и не выделены. [c.24]

    Было проведено много опытов алкилирования в присутствии серной кислоты и один в присутствии фтористого водорода между метилциклопентаном и смесью н-бутенов [147]. При 55—65° происходит сложная реакция с образованием смеси октанов, алкилированных циклогексанов с формулой СюНго и бицикличе-ских углеводородов, соответствующих метилциклопентилцикло-гексану. Из продуктов реакции выделена также смесь ненасыщенных углеводородов, содержащих в среднем две двойные связи на молекулу. Рекомендуется применять в качестве катализатора смеси фтористого бора и фтористого водорода [148]. [c.79]

    Главным природным источником парафиновых углеводородов является нефть. В очень большом количестве парафиновые углеводороды содержатся в пенсильванской (США) нефти. Из нее дробной перегонкой было выделено много жидких гомологов метана, причем обычно они представляк>т собою смеси изомеров низшие гомологи (пентан — октан) имеют преимущественно нормальное строение. [c.171]

    Можно привести и еще один пример сходства терпеноидных структур со структурами некоторых нефтяных углеводородов. Это касается ангулярных метильных групп, которые преобладают в двух-, трех-, четырех- и пятиядерных терпеноидах. Из нефти были выделены два двухъядерных парафина, обладающих аналогичными структурными особенностями одно из соединений — 1-метилбицикло [3,3,0] октан — выделили из эталонной нефти по исследовательскому проекту 6 АНИ, другое соединение — 1-метилбицикло [2,2,1] гептан — получили из нефти, добытой в Калифорнии (Lindeman and Le Tourneau, 1963). Выделенные соединения имеют следующие структуры  [c.160]

    При исследовании бензина нефти Понка-Сити [22] выделены все возможные н-парафиновые углеводороды, а из разветвленных парафинов найдены разветвленный бутан, один из двух разветвленных пентанов, все 4 возможные разветвленные гексаны, 6 из 8 возможных разветвленных гептанов, 15 из 17 возможных октанов, 6 нонанов и 3 декана. [c.52]

    Раствор полимера, приготовленный в аппарате 1, через обогреваемый трубопровод 3 и дроссельный клапан 4 подают в осадительную камеру 5, где выделяется полимер и частично испаряется растворитель. Дальнейшее испарение растворителя происходит в камере 6, откуда масса поступает в разделительную емкость 7. Пары растворителя направляют в конденсатор 9 и возвращают в аппарат 1, а полимерные частицы с остаточным растворителем в жидкой фазе переводят в рафинер 8 с целью удаления остатков растворите,тя и измельчения частиц. Для получения ВПС использовали полиолефины в качестве растворителей — алифатические углеводороды, пеитан, гексан, октан, их изомеры и гомологи, алициклические углеводороды, циклогексанол, хлорированные углеводороды, сложные и простые эфиры, кетоны, нитрилы, амиды, фторированные соединения. Концентрация полимера в растворе составляла 0,5—5% (масс.). Раствор подавали в зону пониженного давления со скоростью 50—150 м/с. Объем испарившегося растворителя после дросселирования составлял 30—80 %. [c.125]

    Спектральный анализ показал, что пик, соответствующий углеводороду с температурой кипения 125° С, образован к-октапом, а пик 116—118° С — не двумя, а четырьмя изомерными октанами (2,3-диметиогексаном, 2-метилгентаном, 3,4-диме-тилгексаном и 3-этилгексаном). Углеводороды с температурами кипения 104 и 110° С из-за их малого содержания и из-за отсутствия чистых образцов для добавок выделить и идентифицировать не удалось. [c.29]

    Поливинилены получают полимеризацией ацетилена и его производных или химическим превращением линейных виниловых полимеров. Полимеризацию ацетилена и его производных проводят в присутствии катализаторов анионно-координационной полимеризации, диспергируя их в углеводороде (гептан, октан) и вводя затем мономер. Реакция проходит при комнатной температуре. Полимер, получаемый из ацетилена, выделяется в виде твердой черной массы, нерастворимой в обычных органических растворителях. В присутствии комплекса Ti U/Al(С2Н5)з или ацетилацетоната ванадия и Л1(С2Н5)з получают поливинилен регулярной структуры с высокой степенью кристалличности, содержащий преимущественно гранс-звенья, со степенью полимеризации 40—50. Поливинилен, полученный в присутствии каталитического комплекса, [c.302]


Гомологи метана — насыщенные углеводороды

Химия.

9 класс. Григорович

Вспомните:

  • молекулярные формулы отражают только качественный и количественный состав веществ, а структурные — еще и порядок соединения атомов;
  • при составлении структурных формул каждую химическую связь между атомами обозначают черточкой.

Гомологи и гомологический ряд метана

В предыдущем параграфе вы уже ознакомились с простейшим углеводородом — метаном, являющимся также простейшим представителем класса органических соединений алканов. Алканы — достаточно большой класс соединений, но у всех представителей алканов есть общий признак: их молекулярные формулы соответствуют общей формуле CnH2n+2, где n — число атомов Карбона в молекуле. Если вы вместо n подставите любое целое число, то получите молекулярную формулу алкана. Например, если подставить n = 1, то получим формулу метана CH4. Формулы и названия первых десяти представителей алканов представлены в таблице 10.

Таблица 10. Первые десять представителей алканов

Число атомов Карбона n

Формула

Название

1

CH4

Метан

2

C2H6

Этан

3

C3H8

Пропан

4

C4H10

Бутан

5

C5H12

Пентан

Число атомов Карбона n

Формула

Название

6

C6H14

Гексан

7

C7H16

Гептан

8

C8H18

Октан

9

C9H20

Нонан

10

C10H22

Декан

Обратите внимание, что первые четыре представителя алканов — метан, этан, пропан и бутан — имеют исторически сложившиеся названия. Названия следующих алканов образуются от греческих числительных добавлением суффикса -ан-: пентан, гексан и т. д.

Проанализируйте молекулярные формулы веществ в таблице. Как отличается состав молекул метана и этана? Формула метана — CH4, а этана — C2H6. Их формулы отличаются на один атом C и два атома H, т. е. на группу атомов CH2. Как отличается состав молекул этана и бутана? Они отличаются на два атома C и четыре атома H, т. е. на две группы атомов CH2.

Соединения одного класса, имеющие сходное строение, но отличающиеся по составу на одну или несколько групп CH2, называют гомологами.

Группу CH2 называют гомологической разницей. Совокупность всех гомологов образует гомологический ряд.

Метан и его гомологи образуют гомологический ряд класса алканов. Первые представители этого ряда с небольшим числом атомов Карбона в молекуле называют низшими алканами, а с большим числом — высшими. Впрочем, четкой границы между ними нет.

Структурные формулы и строение молекул гомологов метана

Еще в начале развития органической химии ученые выяснили, что подавляющее большинство органических соединений являются веществами молекулярного строения. Но при определении формул органических веществ возникла проблема, связанная с валентностью элементов в их составе. К примеру, если определять валентность атомов Карбона в этане C2H6, то по правилам, которые вы изучали в 7 классе, у Карбона должна быть валентность III, что противоречит действительности. Исследования Ф. Кекуле и А. Бутлерова доказали, что формально вопрос валентности в органической химии рассматривать нельзя. Валентность Карбона в органических соединениях всегда IV, это становится понятным, если вместо молекулярных формул использовать структурные. Именно поэтому в органической химии используют структурные формулы, а молекулярные формулы — для решения расчетных задач, поскольку по ним легче рассчитывать молярную массу.

При составлении структурных формул следует помнить, что атомы Карбона в молекулах органических веществ соединены друг с другом и образуют карбоновую цепь (карбоновый скелет).

Рассмотрим составление структурных формул на примере этана.

1. Изображаем карбоновую цепь — в этане она состоит из двух атомов Карбона, соединенных одинарной связью:

C-C

2. Карбон четырехвалентен, поэтому от каждого атома Карбона рисуем черточки так, чтобы у каждого атома их было по четыре:

3. Дописываем символы атомов Гидрогена и получаем структурную формулу этана:

Часто структурные формулы записывают в сокращенном виде, не изображая связи C-H. Сокращенные структурные формулы намного компактнее, чем развернутые:

CH3-CH3

Структурные формулы показывают последовательность соединения атомов, но не отражают пространственного строения молекул. Атомы Карбона в молекулах гомологов метана находятся в возбужденном состоянии, как и в молекулах метана, о чем вы узнали в предыдущем параграфе. Значит, все химические связи от каждого атома Карбона направлены к вершинам тетраэдра, и молекула этана имеет такой пространственный вид:

По приведенному алгоритму можно составить структурные формулы других углеводородов:

При составлении структурных формул соединений других классов также следует соблюдать эти принципы и, главное, помнить и правильно учитывать валентность элементов.

Проанализируйте все структурные формулы, приведенные в этом разделе. Видно, что атомы Карбона четырехвалентны, к тому же, каждый атом Карбона соединяется с четырьмя другими атомами (Карбона или Гидрогена). Значит, все валентные возможности атомов Карбона «насыщены» другими атомами, и они уже не способны присоединить ни одного атома. Такие углеводороды называют насыщенными. Главным признаком насыщенных соединений является то, что в их молекулах все связи между атомами Карбона одинарные.

Насыщенные соединения — это органические соединения, в молекулах которых атомы Карбона соединены друг с другом только одинарными ковалентными связями.

Метан и его гомологи (углеводороды класса алканов) — это насыщенные углеводороды.

• Название первого члена гомологического ряда алканов «метан» произошло от названия соответствующего ему спирта — метилового. Этот спирт издавна называли древесным, поскольку добывали его из древесины. Слово «метил» происходит от греческих слов methy — вино и hile — лес (буквально — «вино из леса»).

• Алкан с самой длинной карбоновой цепью — нонаконтатриктан С390Н782— синтезировали в 1985 году английские химики И. Бидд и М. Уайтинг.

Ключевая идея

Для каждого класса органических соединений характерен свой гомологический ряд. Состав соединений одного ряда отражает общая формула.

Контрольные вопросы

  • 270. Какова валентность атомов Карбона в органических соединениях?
  • 271. Какие углеводороды называют алканами? Приведите их общую формулу.
  • 272. Почему метан и его гомологи называют насыщенными углеводородами?
  • 273. Дайте определение понятиям «гомолог», «гомологический ряд», «гомологическая разница».
  • 274. Что общего и различного в строении двух гомологов?

Задания для усвоения материала

275. Составьте полную и сокращенную структурные формулы гомологов метана с числом атомов Карбона 6 и 8.

276. Докажите, что пропан и октан являются гомологами.

277. Сколько химических связей в молекуле пропана? Сколько в них связей C-C и сколько C-H?

278. Из приведенного перечня формул углеводородов выпишите формулы гомологов метана: C3H6, C4H10, C6H6, C14H30, C8H8.

279. Определите массовые доли Карбона в метане и пропане. В каком веществе массовая доля Карбона больше? Можно ли из этого сделать вывод о том, как меняется массовая доля Карбона в алканах с увеличением числа атомов Карбона в молекуле? Можно ли сделать такой же вывод без расчета массовых долей?

280. Какой гомолог метана обладает плотностью, почти равной плотности воздуха?



§ 8. Гомологи и изомеры алканов

1.

Условие:

Какие вещества называют гомологами? Приведите примеры.

Решение:

Советы:

Ряд органических соединений, образованный гомологами, называют гомологическим рядом.

2.

Условие:

Напишите формулы и назовите радикалы, которые можно вывести из первых шести предельных углеводородов.

Решение:

Советы:

Если мысленно вычесть из формул алканов по одному атому водорода, то получаются формулы групп атомов с неспаренными электронами, которые называют радикалами.

3.

Условие:

Составьте сокращённые структурные формулы всех возможных изомеров гексана и назовите эти изомеры.

Решение:

Советы:

Изомеры – это вещества, имеющие одинаковый качественный и количественный состав, но различное строение и, следовательно, разные свойства

4.

Условие:

Приведите названия предельных углеводородов, которые имеют следующие формулы:

Решение:

Советы:

1. Выбрать самую длинную непрерывную углеродную цепь с максимальным числом ответвлений.

2. Пронумеровать углеродные атомы главной цепи

а) нумерацию начинают, с того конца, ближе к которому расположен заместитель
б) если заместители разные и находятся на равном удалении, нумерация с того конца, где заместитель проще
в) если заместители одинаковые и находятся на равном удалении, нумеруют с более разветвленного конца.
3. При составлении названия вначале указывается цифрами положение заместителей (ответвление), затем указав количество заместителей (2 – ди, 3 – три, 4 – тетра) пишут название углеводорода главной цепи.

5.

Условие:

Изобразите формулу 2,2,4-триметилпентана

Решение:

Советы:

Задание выполняем в соответствии с правилами составления формул алканов.

6.

Условие:

Какой объём воздуха (н.у.) потребуется, чтобы сжечь 50 куб.м газа, содержащего 90% метана, 5% этана, 3% оксида углерода (IV) и 2% азота?

Решение:

Из всех компонентов газа горят только метан и этан.

Вычислим объем метана и этана:

V(Ch5)=w(Ch5)×Vгаза=0,9×50 м3=45 м3V(C2H6)=w(C2H6)×Vгаза=0,05×50 м3=2,5 м3

Для решения воспользуемся следствием из закона Авогадро.

 По уравнению реакции (1) для сжигания 1 моль метана необходимо 2 моль кислорода. Пусть для сжигания 45 м3 метана нужно х м3 кислорода. Составим пропорцию:

По уравнению реакции (2) для сжигания 2 моль этана необходимо 7 моль кислорода. Пусть для сжигания 2,5 м3 этана нужно у м3 кислорода. Составим пропорцию:

Таким образом, для сжигания газа необходимо 90+8,75 = 98,75 м3 кислорода. В воздухе содержится примерно 21% кислорода по объему, или 0,21. Вычислим объем воздуха, необходимый для сжигания газа:

Vвоздух=V(O2)/w(O2)=98,75 м3/0,21=470,24 м3

ОТВЕТ: необходимо 470,2 м3 воздуха.

Советы:

Следствие из закона Авогадро: объемные соотношения газов равны их мольным соотношениям.

7.

Условие:

Углеводород содержит 81,82% углерода. Масса 1 л этого углеводорода (н.у.) составляет 1,964 г. Найдите молекулярную формулу углеводорода, составьте его структурную формулу и назовите его.

Решение:

Найдем количество вещества неизвестного углеводорода:

Вычислим молярную массу углеводорода:

Масса 1 моль углеводорода равна 44 г. Вычислим массу углерода, содержащегося в 1 моль углеводорода:

В 1 моль углеводорода содержится 36 г углерода и 44-36 = 8 г водорода. Молярная масса углерода равна 12, а водорода 1, то есть в 1 моль углеводорода содержится 36/12 = 3 моль углерода и 8 моль водорода.

Формула углеводорода C3H8, это пропан. Структурная формула: СН3-СН2-СН3

Советы:

Молярный объём для всех газов при н.у. равен 22,4 л/моль

8.

Условие:

При сжигании 8,6 г углеводорода получили 26,4 г оксида углерода (IV) и 12,6 г воды. Найдите молекулярную формулу этого углеводорода, если его плотность по отношению к воздуху равна 2,966. Напишите структурные формулы всех изомеров углеводорода и назовите их.

Решение:

Советы:

Количество вещества атомов углерода в углеводороде равняется количеству вещества молекул углекислого газа. Количнствл вещества атомов водорода в 2 раза больше, чем количество вещества молекул воды, так как в молекуде воды 2 атома водорода.

Тестовые задания

Условие:

  1. Гомологом метана является углеводород: 1) C2h5, 2) C6H6, 3) C3H8, 4) C2h3
  2. Изомерами являются: 1) этан и бутан, 2) 2-метилпропан и бутан, 3) метан и этан, 4) пропан и бутан
  3. Углеводород, стуктурная формула которого 

называют: 1) 2-метибутаном, 2) 2-этилпропаном, 3) 1,2 — диметилпропаном, 4) 3-метилбутаном

Решение:

1 — 3)

2 — 2)

3 — 1)

Советы:

Гомологи – это вещества близкие по строению и свойствам, которые отличаются на одну или несколько групп – СН2.
Изомеры – это вещества, имеющие одинаковый качественный и количественный состав, но различное строение и, следовательно, разные свойства.

напишите пожалуйста 10 изомеров для октана любых только с названиями qodubep

Ссылка:

http://ygusarod.bemosa.ru/3/66/napishite-pozhaluysta-10-izomerov-dlya-oktana-lyubyh-tolko-s-nazvaniyami

напишите пожалуйста 10 изомеров для октана любых только с названиями
Напишите пожалуйста 10 изомеров для октана, любых. Напишите пожалуйста 10 изомеров для октана, любых. ТОЛЬКО С НАЗВАНИЯМИ! октан , насколько помню это С8Н18? изомеры — это различное строение в пространстве. распиши структурную формулу и меняй ее составляющие местами как хочешь! вот структ. Напишите пожалуйста изомеры октана все возможные в виде цепочки,очень нужно. №1Укажите названия соединений, определите степени окисленияэлементов в. Октан имеет 18 структурых изомеров. Напишите глаголы 1 спряжения и глаголы 2 спряжения в каждом спряжении 3 глагола. Сделать полный разбор предложения Во время осады стены и башни монастыря сильно постра. Но это — писать задолбаюсь. Октан имеет 18 структурых изомеров. Нужна помощь по химии.Написать изомеры и гомологи веществ: С6Н6, С5Н10, С5Н12. Помогите пожалуйста! Срочно! Не понял тему. Привет, помогите мне пожалуйста с изомерами октана. напишите пожалуйста структурные формулы изомеров октановой кислоты,и формулы гамологов пентанола!!!. Гость. привет помогите мне пожалуйста составить 17 изомеров октана!!! помогите плиз привести формулы и названия изомерных октанов,,молекулы которых не содержат вторичных углеродных атомов. Гость. Напишите структурные формулы изомеров октана, содержащих. На Знаниях много участников, готовых помочь. Большинство вопросов получают ответ в течение 10 минут 😉 Войди и попробуй добавить свой вопрос. ТОЛЬКО С НАЗВАНИЯМИ! формулы. Напишите пожалуйста изомеры октана все возможные в виде цепочки,очень нужно. Октан имеет 18 структурых изомеров. ТОЛЬКО С НАЗВАНИЯМИ! формулы. хорошист. Ответ 1 ПОЖАЛУЙСТА !!! СРОЧНО!!! подбери и запиши как можно больше глаголов к данным существительным.Обозначь все орфограммы. река течёт, катит волны.. Октан имеет 18 структурных изомеров (и еще есть оптические). Формулы некоторые напишу,а остальные попробуй сама. 10 изомеров алкана c8h28. Добавлено: 27 ноября 2016. 1. Что такое изомеры ? Напишите структ. составить 4 изомера для октана . написать всех изомеров октана и. составить 4 изомера для октана и дать им название. Вы находитесь на странице вопроса напишите пожалуйста 10 изомеров для октана , любых.

Высший гомолог — метан — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Высший гомолог — метан

Cтраница 3

Изучению процесса конверсии газообразных углеводородов, в особенности метана, посвящено много научно-исследовательских работ в нашей стране и за рубежом. Что касается конверсии высших гомологов метана и, в частности, жидких углеводородов под повышенным давлением, то этот процесс изучен недостаточно.
 [31]

В настоящее время на основе работ Н. Н. Семенова и его сотрудников создан метод промышленного получения формальдегида прямым окислением метана. Однако ряд работ по прямому окислению высших гомологов метана — этана, пропана и бутанов [391, 392] говорит об успехах и в этой области. В большинстве указанных работ вскрывается механизм сложных цепных реакций.
 [32]

Состав отходящего газа, как и расход электроэнергии, в значительной степени зависит от состава сырья, используемого для крекинга. Так, при работе на газах, содержащих высшие гомологи метана, расход энергии составляет 9 квт-ч на 1 куб. Таким образом, выгоднее работать с исходным газом, содержащим высшие гомологи метана, тем более, что в таком случае можно получить газ, богатый ацетиленом. Содержание ацетилена увеличивается преимущественно за счет высших предельных углеводородов. Крекинг-газ, выходящий из реактора после закалки, направляется на очистку от сажи. Сажа может — быть использована для производства резиновых изделий. Выход ее составляет около 60 — 120 кг на 1 т ацетилена.
 [33]

Получают синтетические органические кислоты окислением соответствующих альдегидов или парафиновых углеводородов. Так, высшие синтетические жирные кислоты получают окислением высших гомологов метана в присутствии КМпО4, МпО2, солей щелочных металлов.
 [34]

Каждый последующий член этого ряда ( табл. 12) отличается от предыдущего на группу СН2, и весь ряд таких соединений называется гомологическим рядом. Так, гептан и октан являются гомологическими углеводородами; эйкозан представляет собой высший гомолог метана.
 [35]

Грозненская нефть является типичным примером парафинистых нефтей; она содержит преимущественно парафины и сравнительно небольшое количество церезинов, концентрирующихся в гудроне. Сураханская нефть, наоборот, стоит в отношении содержащихся в ней высших гомологов метана особняком: наряду с парафинами, она содержит также значительное количество церезина, и ее гудрон может служить прекрасным материалом для получения нефтяного церезина. Сопоставление грозненских и сураханских парафинов и церезинов приводит к следующим результатам.
 [36]

Занимает по содержанию составных веществ промежуточное положение между природным и попутным газом. Из такого газа при снижении давления выделяется значительное количество конденсата ( жидкости), содержащего высшие гомологи метана, в том числе пентан и более тяжелые углеводороды, входящие в состав бензино-керосиновой, а иногда газойлевой фракций.
 [37]

Другая особенность связана с возможностью практически мгновенного нагревания исходной парогазовой смеси до температуры реакции при подаче ее в кипящий слой. Это уменьшит опасность зауглероживания катализатора и, весьма вероятно, позволит подвергать конверсии газы, содержащие значительное количество высших гомологов метана.
 [39]

ТУ), углекислоты и азота, с повсеместно низкими концентрациями гелия, аргона и полным отсутствием сероводорода. Газы чисто газовых месторождений сухие ( ТУ до 2 %), а повышенное содержание ТУ связано с наличием ниже по разрезу скоплений нефти, обогащенной высшими гомологами метана.
 [40]

По некоторым данным, энергия активации нитрования метана составляет около 52 ккал / моль; для пропана и бутана она значительно меньше. У высших гомологов метана значения энергии активации приблизительно одинаковы. Эти данные позволили сделать качественные выводы о нитровании низших алканов ( Q — С5) в газовой фазе.
 [41]

При этом резко увеличивалось количество ранних зажиганий кнслородогазо-зон смеси в диффузоре реакторов. Увеличение удельного веса высших гомологов метана в газе приводит к существенным изменениям процесса. Наряду с неустойчивостью процесса пиролиза это вызывает увеличение саже-образования, возрастает количество гомологов ацетилена в газах пиролиза.
 [42]

Болотные газы имеют в своем составе главным образом метан, азот и углекислый газ. В некоторых случаях болотный газ содержит метана более 50 — — 60 % и обладает способностью гореть. В болотных газах обычно не встречаются высшие гомологи метана ( этан, пропан и др.), характерные для нефтяных газов.
 [43]

Состав отходящего газа, как и расход электроэнергии, в значительной степени зависит от состава сырья, используемого для крекинга. Так, при работе на газах, содержащих высшие гомологи метана, расход энергии составляет 9 квт-ч на 1 куб. Таким образом, выгоднее работать с исходным газом, содержащим высшие гомологи метана, тем более, что в таком случае можно получить газ, богатый ацетиленом. Содержание ацетилена увеличивается преимущественно за счет высших предельных углеводородов. Крекинг-газ, выходящий из реактора после закалки, направляется на очистку от сажи. Сажа может — быть использована для производства резиновых изделий. Выход ее составляет около 60 — 120 кг на 1 т ацетилена.
 [44]

Зависимость содержания ацетилена в равновесной смеси по реакциям ( 1), ( 2) и ( 3) от температуры представлена на J) HC. К еще далек от полного превращения. Исходя из этого, можно предположить, что оптимальная температура термоокислительного пиролиза высших гомологов метана на несколько сотен градусов ниже, чем метана. Разумеется, соотношение между атомами водорода и углерода при составлении материального баланса для термодинамических расчетов пиролиза высших гомологов метана должно соответствовать соотношению этих атомов в рассматриваемом исходном углеводороде.
 [45]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4




Що таке гомологи хімія — snt63.ru

Скачать що таке гомологи хімія doc

Гомологи — отличаются на одну или несколько групп Ch3 и имеют сходное химическое строение. Если нормальный декан — это цепочка из 10 атомов углерода, на которые навешаны водороды, то: изомер это, например, 2-метил-нонан — т.е.

цепочка из 9 атомов углерода, а ко второму ещё один углерод подвешен. Или три-этил-октан. гомолог — это ещё проще — просто из середины убрать или добавить СН2 — будет нонан или ундекан, соответственно. ГОМОЛОГИЧЕСКИЙ РЯД в химии (от греч. homologos — соответственный, подобный). Гомологи. Гомологические ряды. Особенностью органических веществ является то, что они образуют группы соединений, сходных по составу, которые называют гомологическими рядами.

Гомологический ряд — совокупность органических веществ, имеющих одинаковый качественный состав, сходное строение, содержащих одинаковые функциональные группы и отличающихся одно от другого на одну или несколько групп СН2.

Группа СН2 — это гомологическая разность. Составьте определение понятия «гомолог», исходя из того, что гомолог — органическое вещество, являющееся членом гомологического ряда. Органические соединения объ. Органічна хімія вивчає сполуки вуглецю, які відносяться в тому числі і до гомологів.

У хімії це сполуки, що знаходяться в складі однієї структурної групи. Презентация «гомологи и изомеры» для изучения темы в 10 классе по программе Габриеляна О,С.  Гомологи и изомеры Разработала: Учитель химии МБОУ СОШ №1 с.Александров – гай Белова Светлана Сергеевна. Слайд 2. МЕТАН Молекулярная формула СН 4 (качественный и количественный состав) Структурная формула (формула строения).

О качественном различии гомологов свидетельствуют их физические свойства. Низшие члены ряда насыщенных углеводородов (от СН4 до С4Н10) являются газами, средние члены ряда (от С5Н12 до C16h44) при температуре до 20° С — жидкости, остальные — твердые вещества.

Для соединений каждого гомологического ряда (особенно для средних членов) характерно закономерное изменение физических свойств.

Гомологи — органічні сполуки (одного класу, див. вище), що розрізняються на одну або декілька метиленових груп. Гомология в химии — Гомология органических соединений, или закон гомологов, состоит в том, что вещества одной химической функции и одинакового строения, отличающиеся друг от друга по своему атомному составу лишь на nCh3. Гомологи это вещества, имеющие в своем составе одинаковые элементы и отличаются друг от друга кратной группой этих элементов. Природный газ это сложная смесь составленная в основном из метана, этана, пропана, бутана.

Эти вещества состоят из соединений углерода и водорода.  Гомо́логи — вещества, входящие в один и тот же гомологический ряд. Простейший пример гомологического ряда — (общая формула Сnh3n+2): метан Ch5, этан C2H6, пропан С3H8 и т. д.; гомологической разностью этого ряда является метиленовое звено —СН2—.

Похожие вопросы.

PDF, txt, doc, txt

Похожее:


  • Розробки уроків української мови 3 клас за підручником захарійчук

  • Практична робота 5 з географії 6 клас нова програма

  • Різдвяна історія скачать 2009

  • Гдз алгебра і початки аналізу 10 клас є.п.нелін

  • Українська мова 3 клас вашуленко вправа 97

  • Практична робота з фізики 7 клас відповіді

  • Творення і правопис складних слів 5 клас
  • Nature’s Chemistry — Гомологическая серия — Национальная 5 Химическая редакция

    Углеводороды и гомологическая серия

    Гомологическая серия — это семейство углеводородов со схожими химическими свойствами, которые имеют одну и ту же общую формулу.

    Мы рассмотрим три ряда углеводородов: алканы, алкены и циклоалканы. Углеводороды — это соединения, которые содержат только водород и углерод.

    Алканы

    Первый гомологический ряд — это алканы. Все их имена заканчиваются на — и .

    Алканы имеют множество применений:

    • метан — (природный газ) приготовление пищи, нагревание
    • пропан — используется в газовых баллонах для барбекю и т. Д.
    • октан — используется в бензине для автомобилей

    Общая формула алканов: \ ({C_n} {H_ {2n + 2}} \). Они не растворимы в воде.

    Необходимо выучить названия, молекулярную формулу и структурную формулу первых восьми алканов. Использование мнемоники может облегчить изучение имен.

    группа и свойства алканов.

    Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


    Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

    Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

    • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
    • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.
      Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
    • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
    • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г.,
      браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
    • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.
      Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie
    потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файле cookie?

    Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

    Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт
    не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к
    остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

    Грани химии некоторых азабициклов.

    тезис

    опубликовано 19.11.2015, 08:48 MP Walker

    Катализируемый ионами серебра сольволиз 2-хлор-2-азабицикло [2.2.1] гепт-5-ена и 2-хлор-2-азабицикло [ 2.2.2] окт-5-ен. Было обнаружено, что эти соединения сольволизуются с помощью олефиновой двойной связи, перегруппировываясь в 1-азабициклические системы. В первом случае наблюдалась дальнейшая реакция на трициклические структуры. Сравнение этих результатов с результатами сольволиза 2-хлор-2-азабицикло [2.2.l] гептан и 2-хлор-2-азабицикло [2.2.2] октан показали близкую параллель; наблюдали, что системы гептан / гептан удерживают хлор в своих исходных продуктах сольволиза, в то время как гомологи октан / октан — нет. Обсуждаются причины удержания хлора, и это явление связано со структурой исходного N-хлорамина. Было обнаружено, что оксид алюминия является эффективным катализатором перегруппировки 2-хлор-2-азабицикло [2.2.1] гепт-5-ена и 2-хлор-2-азабицикло [2.2.1] гептана, превосходящим во многих отношениях сильверион. .Сообщается также о новой реакции некоторых из этих хлораминов (термолитическое превращение в соответствующие гидрохлориды амина). Также были изучены факторы, влияющие на соотношение инвертомеров в деформированных 2-азабициклических и 7-азабициклических хлораминах. В 2-азабициклических системах соотношение инвертомеров, по-видимому, в значительной степени зависит от относительной серьезности стерических взаимодействий в двух инвертомерах. Однако в 7-хлор-7-азабензонорбомадиенах и 7-хлор-7-азабензонорбоменах электронное влияние на соотношение инвертомеров было продемонстрировано изменением заместителей в бензольном кольце, таким образом изменяя характер ароматической р-орбитали, не влияя на молекулярную стереохимия.Был сделан вывод, что изменяющийся характер ароматической орбитали влияет на соотношения инвертомеров по механизму, по существу, электростатическому по своей природе.

    История

    Дата присуждения

    01.01.1980

    Принадлежность автора

    Химия

    Учреждение, присуждающее награду

    Университет Лестера

    Уровень квалификации

    Докторантура

    901 Язык

    en

    Экспорт

    Выберите вариант

    RefWorksBibTeXRef.managerEndnoteDataCiteNLMDC

    12.2: Структуры и названия алканов

    1. Последнее обновление
    2. Сохранить как PDF
    1. Ключевые вынос

    Цели обучения

    • Для идентификации и наименования простых (с прямой цепью) алканов по формулам и написания формул для алканов с прямой цепью с указанием их названий.

    Мы начинаем изучение органической химии с углеводородов, простейших органических соединений, которые состоят только из атомов углерода и водорода. Как мы уже отметили, существует несколько различных видов углеводородов. Их различают типы связи между атомами углерода и свойства, возникающие в результате этой связи. Углеводороды, имеющие только одинарные связи углерод-углерод (C – C) и существующие в виде непрерывной цепочки атомов углерода, также связанных с атомами водорода, называются алканами (или насыщенными углеводородами). Насыщенный в данном случае означает, что каждый атом углерода связан с четырьмя другими атомами (водородом или углеродом) — наиболее вероятным; в молекулах нет двойных или тройных связей.

    Слово насыщенный имеет то же значение для углеводородов, что и для пищевых жиров и масел: молекула не имеет двойных связей углерод-углерод (C = C).

    Ранее мы ввели три простейших алкана — метан (CH 4 ), этан (C 2 H 6 ) и пропан (C 3 H 8 ), и они снова показаны на рисунке \ ( \ PageIndex {1} \).

    Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Три простейших алкана

    Показанные плоские изображения не точно отображают валентные углы или геометрию молекул. Метан имеет четырехгранную форму, которую химики часто изображают с клиньями, указывающими на связи, идущие к вам, и пунктирными линиями, обозначающими связи, отходящие от вас. Обычная сплошная линия обозначает связь в плоскости страницы. Напомним, что теория VSEPR правильно предсказывает тетраэдрическую форму молекулы метана (рисунок \ (\ PageIndex {2} \)).

    Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Тетраэдрическая молекула метана

    Метан (CH 4 ), этан (C 2 H 6 ) и пропан (C 3 H 8 ) являются началом ряда соединений, в которых любые два члена в последовательности отличаются одним атомом углерода и двумя атомами водорода, а именно единицей CH 2 . Первые 10 членов этой серии приведены в таблице \ (\ PageIndex {1} \).

    Метан CH 4 Monsters
    Этан C 2 H 6 Eat
    Пропан C 3 H 8 Ученики
    Бутан C 4 H 10 Но
    Пентан C 5 H 12 Предпочтение
    Гексан C 6 H 14 Волосатый
    Гептан C 7 H 16 Haggis
    Октан C 8 H 18 Иногда общие
    Таблица \ (\ PageIndex {1} \): первые 10 алканов с прямой цепью
    Имя Молекулярная формула (C n H 2n + 2 ) Концентрированная структурная формула Количество возможных изомеров
    метан СН 4 СН 4
    этан С 2 В 6 СН 3 СН 3
    пропан С 3 В 8 СН 3 СН 2 СН 3
    бутан С 4 В 10 Канал 3 Канал 2 Канал 2 Канал 3 2
    пентан С 5 В 12 Канал 3 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 3 3
    гексан С 6 В 14 Канал 3 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 3 5
    гептан С 7 В 16 Канал 3 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 3 9
    октановое число С 8 В 18 Канал 3 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 3 18
    нонан С 9 В 20 Канал 3 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 3 35
    декан С 10 В 22 Канал 3 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 3 75

    Рассмотрим ряд на рисунке \ (\ PageIndex {3} \).Последовательность начинается с C 3 H 8 , и блок CH 2 добавляется на каждом шаге, двигаясь вверх по серии. Любое семейство соединений, в котором соседние члены отличаются друг от друга определенным фактором (здесь группа CH 2 ), называется гомологическим рядом. Члены такой серии, называемые гомологами , обладают свойствами, которые изменяются регулярным и предсказуемым образом. Принцип гомологии обеспечивает организацию органической химии во многом так же, как таблица Менделеева дает организацию неорганической химии.Вместо ошеломляющего множества отдельных углеродных соединений мы можем изучить несколько членов гомологического ряда и на их основе вывести некоторые свойства других соединений в этом ряду.

    Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): члены гомологического ряда. Каждая последующая формула включает на один атом углерода и на два атома водорода больше, чем предыдущая формула.

    Принцип гомологии позволяет нам написать общую формулу для алканов: C n H 2 n + 2 .Используя эту формулу, мы можем написать молекулярную формулу для любого алкана с заданным числом атомов углерода. Например, алкан с восемью атомами углерода имеет молекулярную формулу C 8 H (2 × 8) + 2 = C 8 H 18 .

    Key Takeaway

    • Простые алканы существуют в виде гомологического ряда, в котором соседние члены различаются единицей CH 2 .

    гомологов TfAP-2 и Twz, связанных с ожирением, определяют частоту приема пищи у Drosophila melanogaster

    Цитата: Williams MJ, Goergen P, Rajendran J, Zheleznyakova G, Hägglund MG, Perland E, et al.(2014) Связанные с ожирением гомологи TfAP-2 и Twz определяют частоту приема пищи у Drosophila melanogaster . PLoS Genet 10 (9):
    e1004499.

    https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1004499

    Редактор: Грегори П. Копенгейвер, Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл, Соединенные Штаты Америки

    Поступила: 3 декабря 2013 г .; Принята к печати: 27 мая 2014 г .; Опубликован: 4 сентября 2014 г.

    Авторские права: © 2014 Williams et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

    Финансирование: Это исследование было поддержано Шведским исследовательским советом, а также Фондом Åhléns, Шведским фондом исследований мозга, Национальным исследовательским фондом Люксембурга, Фондом Novo Nordisk, Карлом Траггерсом Стифтельсе, Стифтельсеном Олле Энгквист Биггмэстаре и Ларс Иертас Минне.Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

    Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что конкурирующих интересов не существует.

    Введение

    Человеческие гены TFAP2B (кодирующие AP-2β) и KCTD15 были тесно связаны с ожирением в исследованиях множественных полногеномных ассоциаций (GWAS) [1] — [4], хотя это все еще не изучено. как они регулируют ожирение.У плодовой мухи Drosophila melanogaster, TFAP2B и KCTD15 оба являются высококонсервативными, кодируемыми TfAP-2 и Tiwaz ( Twz ), соответственно [5] — [7]. Недавно на эмбрионах рыбок данио было показано, что Kctd15 взаимодействует напрямую с AP-2α ( Tfap2a ), подавляя функцию AP-2α, а у Drosophila есть доказательства ассоциации между TfAP-2 и Twz [ 6], [8], [9]. TfAP-2 и Twz имели сильное взаимодействие в крупномасштабном дрожжевом двугибридном скрининге с использованием почти всего протеома Drosophila [9].Более того, мы показали на взрослых самцах, что TfAP-2 и Twz генетически взаимодействуют для контроля агрессивного поведения путем регулирования продукции и секреции октопамина, который, в свою очередь, регулирует экспрессию гомолога холецистокинина дрозофилы ( CCK ) Дросульфакинин ( Дск ) [6]. Интересно, что мы продемонстрировали, что избыточной экспрессии Dsk было достаточно, чтобы вызвать агрессивное поведение у мужчин.

    CCK, желудочно-кишечный гормон млекопитающих, секретируется кишечником, когда питательные вещества попадают в просвет.После высвобождения CCK связывается с рецептором холецистокинина A (CCKAR), расположенным на сенсорных терминалах блуждающего нерва, этот путь доставляет сигналы насыщения ядру солитарного тракта (NTS) для подавления питания [10], [11]. Подобно CCK млекопитающих, у Drosophila взрослых особей Dsk необходим для подавления переедания после голодания [12]. Кроме того, сообщалось, что Dsk необходим у личинок и взрослых особей Drosophila для определения вкусовой привлекательности пищи [12].Совсем недавно было установлено, что октопамин также играет важную роль в определении вкусовых качеств пищи [13]. Эти результаты заставили нас задать следующие вопросы: Участвуют ли TfAP-2 и Twz в регуляции пищевого поведения взрослых особей Drosophila ? Регулирует ли Dsk нормальное кормление ab lib ? Взаимодействуют ли октопамин и Dsk для регулирования питания взрослых мух?

    Здесь, используя генетические инструменты для управления их экспрессией, мы исследовали функцию TfAP-2 и Twz в регуляции пищевого поведения.Наши данные показывают, что TfAP-2 и Twz контролируют питание посредством передачи сигналов октопамина. Кроме того, мы демонстрируем, что октопамин и Dsk взаимодействуют в рамках отрицательной обратной связи, чтобы контролировать частоту приема пищи. Более того, эта функция может сохраняться у млекопитающих, поскольку мы обнаружили, что мышиные белки AP-2β и Kctd15 напрямую взаимодействуют в линии гипоталамических клеток мыши и совместно локализуются в областях мозга мыши, участвующих в модуляции пищевого поведения. Наконец, мы демонстрируем, что подобно другим членам их семейств белков, как AP-2β, так и Kctd15 взаимодействуют напрямую с ферментом сумоилирования Ube2i.

    Результаты

    Голодание и диета влияют на

    TfAP-2 и Twz на транскрипцию

    Ранее мы продемонстрировали, что TfAP-2 и Twz действуют в октопаминергических нейронах, регулируя экспрессию холецистокинина дрозофилы ( CCK ), гомолога дросульфакинина (), посредством передачи сигналов октопамина 6 [6 ]. . Сообщалось, что Dsk участвует в регуляции консумматорного поведения [12]. Чтобы понять, могут ли TfAP-2 и Twz также участвовать в комсумативном поведении, мы провели кПЦР для определения уровней их транскриптов после различных диет.Интересно, что по сравнению с мухами, которых кормили ab lib , голодные самцы в течение 24 часов значительно увеличивали экспрессию TfAP-2 (1,66 раза, SE ± 0,07, P <0,005) (рис. 1A), но не экспрессию Twz . Голодание самцов в течение 48 часов значительно увеличило экспрессию обоих генов (рис. 1А). Затем мы определили, влияет ли содержание макроэлементов на экспрессию TfAP-2 и Twz . Уровни транскриптов TfAP-2 и Twz у мужчин, получавших нормальную диету (10 г · дл -1 ∶10 г · дл -1 сахароза пивных дрожжей S: Y), были установлены как 100%. , представленный цифрой 1 на графике (Рисунок 1B).Содержание мужчин в течение 5 дней на низкокалорийной диете (2,5 г · дл -1 ± 2,5 г · дл -1 S: Y) увеличивало экспрессию TfAP-2 , но незначительно (в 1,56 раза). , SE ± 0,23, P = 0,056). Кормление мужчин высококалорийной диетой (40 г · дл -1 ∶40 г · дл -1 S: Y) или просто диетой с высоким содержанием белка (10 г · дл -1 ∶40 г · дл — 1 S: Y) значительно снижает экспрессию TfAP-2 ( высококалорийная диета : 0,66-кратное стандартное отклонение ± 0,07, P <0.05; диета с высоким содержанием белка : 0,37 раза, SE ± 0,05, P <0,005). Диета с высоким содержанием сахара (40 г · дл -1 10 г · дл -1 S: Y) также снизила экспрессию TfAP-2 , но незначительно (0,60 раза, SE ± 1,26, P = 0,059 ) (Рисунок 1B). Ни одна из диет не оказала значительного влияния на экспрессию Twz (рисунок 1B). Из этих результатов очевидно, что уровни транскрипта TfAP-2 активируются в условиях ограничения питания и снижаются, когда мух кормят высококалорийной диетой; в то время как на транскрипцию Twz влияет только сильное голодание.

    Рисунок 1. Диета регулирует уровни транскриптов TfAP-2 и Twz .

    (A) Относительные уровни Tfap-2 или Twz в головах мух, голодавших в течение 24 или 48 часов. (B) Относительные уровни транскрипта Tfap-2 или Twz в головах мух, содержащихся на различных диетах в течение 5 дней. (A – B) РНК собирали с голов 50 самцов в возрасте 5–7 дней для каждого генотипа. КПЦР повторяли не менее 7 раз для каждого транскрипта.(C) Относительные уровни транскрипта Tfap-2 в головах контрольной и Twz нокдаун-мух, голодавших либо в течение 24 часов, либо на низкокалорийной диете (2,5 г · дл -1 ± 2,5 г · дл −1 сахароза пивоваренные дрожжи) в течение 5 дней. РНК собирали с голов 50 самцов в возрасте 5–7 дней для каждого генотипа. КПЦР повторяли не менее 7 раз для каждого транскрипта. (D) Относительные уровни Tbh или Vmat в головах мух, голодавших в течение 24 или 48 часов.(E) Относительные уровни Tbh или Vmat в головах мух, содержащихся на различных диетах в течение 5 дней. (Для всех анализов n = 10 запусков кПЦР; разные буквы обозначают похожие группы (т. Е. «A» значительно отличается от «b» или «c» и т. Д., Односторонний дисперсионный анализ с апостериорным тестом Бонферрони для множественных сравнений, P < Одиночная звездочка указывает на значительную разницу в двухфакторном дисперсионном анализе, Р <0,05, а двойная звездочка указывает на значительную разницу в двухфакторном дисперсионном анализе, Р <0.005). Планки погрешностей представляют собой SE (SEM).

    https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1004499.g001

    Мы уже установили, что Twz был необходим для экспрессии TfAP-2 в октопаминергических нейронах (текст S1, рисунок S1A) [6]. Чтобы понять, был ли Twz необходим для увеличения экспрессии TfAP-2 , когда мух голодали или выращивали на низкокалорийной диете, мы подавили Twz в октопаминергических нейронах и выполнили анализ qPCR.Уровни транскрипта TfAP-2 у самцов, получавших ab lib на нормальной диете (10 г · дл -1 · 10 г · дл -1 S: Y), были установлены как 100%, представленные как 1 на графике (рис. 1С). Как было замечено ранее, у голодающих самцов контрольной группы ( Tdc2-GAL4 +/- ) в течение 24 часов значительно увеличивалась экспрессия TfAP-2 (1,72 раза, SE ± 0,07, P <0,005), при сохранении их в течение 5 дней на низкокалорийной диете (2,5 г · дл -1 2,5 г · дл -1 S: Y) также увеличивал уровни TfAP -2, но незначительно (рис. 1C).Интересно, что подавление экспрессии Twz в октопаминергических нейронах было достаточным для значительного ингибирования экспрессии TfAP-2 у голодных мух, а также у мух, выращенных на низкокалорийной диете (рис. 1C).

    Ранее мы сообщали, что избыточной экспрессии TfAP-2 в октопаминергических нейронах достаточно для индукции экспрессии двух генов, необходимых для продукции и секреции октопамина, тирамин-β-гидроксилазы ( Tbh ) и везикулярного переносчика моноаминов (902 Вмат ) [6].Поскольку голодание оказало значительное влияние на транскрипцию TfAP-2 , чтобы понять, влияет ли голодание на уровни транскрипции Tbh и Vmat , мы провели анализ КПЦР на взрослых самцах, голодавших в течение 24 или 48 часов. Интересно, что по сравнению с мухами, которых кормили ab lib , голодные самцы в течение 24 часов значительно увеличивали экспрессию Vmat (1,59 раза, SE ± 0,11, P <0,05) (рис. 1D). К 48 часам голодания экспрессия Vmat вернулась к контрольным уровням.У голодающих самцов в течение 48 часов значительно снизились уровни экспрессии Tbh (0,48 раза, SE ± 0,03, P <0,05) по сравнению с контролем. Затем мы определили, влияет ли содержание макроэлементов на экспрессию Tbh или Vmat . Хотя ни одна из диет не оказала значительного влияния на экспрессию Vmat , небольшое увеличение экспрессии Tbh наблюдалось у мух, получавших низкокалорийную диету, и значительное снижение наблюдалось у мух, получавших высококалорийную диету (0.79, SE ± 0,05, P <0,05) (рис. 1E). Из этих результатов следует, что условия голодания регулируют транскрипцию как Tbh , так и Vmat , но только Tbh регулируется содержанием макроэлементов.

    TfAP-2 и Twz регулируют кормление после голодания

    Гомолог Drosophila CCK Dsk необходим для ограничения размера еды после голодания [12], и мы увидели, что уровни транскриптов TfAP-2 и Twz повышались в условиях голодания (Рисунок 1A).Чтобы выяснить, могут ли TfAP-2 и Twz участвовать в регуляции потребительского поведения после голодания, мы провели анализ повторного кормления. Обычно мухи, которых повторно вводят в пищу после ночного голодания, едят в течение ~ 20 минут [14]. Мы позволяли голодным мухам питаться обычной пищей в течение 20 минут, а затем давали им кормиться еще 10 минут обычной пищей, содержащей синий пищевой краситель. При наблюдении под стереомикроскопом под стереомикроскопом были определены самцы, у которых в кишечнике была синяя пища [12], [14] (рис. 2А).Только 3% (SE ± 2) из ​​ Tdc2-GAL4 +/- контрольных мух съели окрашенный корм, что указывает на то, что большинство контрольных мух насытились через 20 минут, в то время как 25% (SE ± 7,7, P <0,05) TfAP-2 RNAi1 и 22% (SE ± 6.5, P <0,05) TfAP-2 RNAi2 мух с избыточным количеством мух; 21% (SE ± 5,3, P <0,05) Twz RNAi1 и 19% (SE ± 4,8, P <0,05) Twz RNAi2 самцов избыточно (рис. 2B). Интересно, что 50% (SE ± 4.8, P <0,005) TfAP-2 OE самцов переедали после 16 часов голодания, тогда как только 10% (SE ± 4,2, P <0,05) TfAP-2 OE ; Twz RNAi1 мух продолжали есть после первых 20 минут (рис. 2B). Аналогичные результаты были получены с использованием зеленого пищевого красителя; чтобы исключить любые возможные эффекты, вызванные синим пищевым красителем (рис. 2С). Интересно, что, подобно потере Dsk в инсулин-продуцирующих клетках, сбивание Tfap-2 или Twz в октопаминергических нейронах приводит к их перееданию после голодания, что указывает на то, что они могут находиться выше Dsk в регулировании консумматического поведения. .Следует отметить, что при сверхэкспрессии Tfap-2 в октопаминергических нейронах наблюдался даже более сильный фенотип переедания, чем при потере Tfap-2 .

    Рисунок 2. TfAP-2 и Twz регулируют поведение при кормлении после голодания.

    (A) Проглоченная окрашенная пища была визуально обнаружена в брюшной полости взрослых самцов. (B и B 1 ) После голодания в течение 16 часов самцов мух сначала кормили нормальной пищей (5% сахарозы, 5% дрожжей и 1% агарозы) в течение 20 минут, а затем переводили на нормальный корм, содержащий (B) 2% синего. пищевой краситель или (C) 2% зеленый пищевой краситель на 10 минут.По истечении этого времени подсчитывали количество мух с синей кишкой. Этот анализ повторяли не менее 5 раз с использованием 20 самцов для каждой повторности. (B и C: разные буквы обозначают похожие группы (т. Е. «A» значительно отличается от «b» или «c» и т. Д., Односторонний дисперсионный анализ с апостериорным тестом Бонферрони для множественных сравнений, P <0,05). Планки погрешностей представляют собой SE (SEM).

    https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1004499.g002

    TfAP-2 и Twz необходимы для надлежащего потребительского поведения

    Чтобы понять, участвуют ли TfAP-2 и Twz в регуляции нормального потребительского поведения у взрослых, был проведен анализ CAFE, чтобы измерить, сколько пищевых мух, которых кормили ad lib , потребляли в течение 24 часов [15].В то время как Tdc2-GAL4 +/- контрольные мухи съели 270 нл (SE ± 60.9), TfAP-2, RNAi1, , и TfAP2, RNAi2, , нокдаун, мухи съели значительно больше, 511.7 nl, P <0,005) и 499,3 нл (SE ± 61,1, P <0,05) соответственно (рис. 3A). Аналогичные результаты были получены, когда мы сбили Twz ( Twz RNAi1 : 460,2 нл, SE ± 61,1, P <0,005; Twz RNAi2 : 472 нл, SE ± 43,3, P <0.005). Следует отметить, что сверхэкспрессия TfAP-2 , специфическая для октопаминергических нейронов, также побуждала мух есть значительно больше, чем контрольная группа (490 нл, стандартное отклонение ± 73, P <0,005) (рис. 3А). Увеличение размера еды из-за сверхэкспрессии TfAP-2 было спасено одновременным сбиванием с ног Twz ( TfAP2 OE ; Twz RNAi1 : 290 нл, SE ± 63,3, P = 0,86).

    Рисунок 3. TfAP-2 и Twz регулируют нормальное кормление.

    (A – C) Анализ CAFE использовался для оценки общего потребления пищи (A), среднего количества кормлений (B) и размера еды (C) в течение 24 часов у взрослых самцов в возрасте 5–7 дней. Для каждой повторности использовали пять самцов, и анализ повторяли не менее 10 раз для каждого генотипа. В A и C разные буквы обозначают похожие группы (т.е. «a» значительно отличается от «b» или «c» и т. Д. Непараметрический дисперсионный анализ Краскела-Уоллиса был выполнен с апостериорным критерием Данна для множественных сравнений, P <0.05), в B двойная звездочка указывает на значительную разницу (непараметрический дисперсионный анализ Краскела-Уоллиса был проведен с апостериорным тестом Данна для множественных сравнений, P <0,005) по сравнению со всеми другими штаммами. Планки погрешностей представляют собой SE (SEM).

    https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1004499.g003

    Для наблюдения за конъюнктурным поведением каждого генотипа были сняты отдельные анализы CAFE, что позволило нам определить как количество кормлений (fb), так и средний размер еды. .В контроле было 9 фб на муху (SE ± 1,1) в течение 24 часов, тогда как у мух, сверхэкспрессирующих TfAP-2 в октопаминергических нейронах, было 28 фб (SE ± 5,1, P <0,005) (рис. 3B). По сравнению с TfAP-2 OE самцов, TfAP-2 OE ; Twz RNAi1 самцов имели значительно меньшее количество кормлений на муху (14 fb, SE ± 3,2, P <0,005). На размер еды также влияли различные генотипы. Контрольные мухи съедали в среднем 29 нл за один прием пищи (SE ± 3,0), в то время как TfAP-2 RNAi1 и TfAP-2 RNAi2 нокдаун самцы ели значительно больше еды, 43 нл (SE ± 6.0, P <0,05) и 48,2 нл (SE ± 4,5, P <0,05) соответственно. Twz RNAi1 и Twz RNAi2 самцы ели немного, но не значительно, большие порции ( Twz RNAi1 : 36,8 нл, SE ± 6,7, P = 0,3; RNAi2 907 : 35,9 нл, стандартное отклонение ± 5,5) (рис. 3C). Сверхэкспрессия TfAP-2 в октопаминергических нейронах вызвала значительное уменьшение среднего размера еды (18 нл, SE ± 2,0, P <0,005) (рис. 3C), которое было устранено одновременным нокаутом Twz ( TfAP2 OE ; Twz RNAi1 : 26 нл, SE ± 6.0, P = 0,68). Увеличение количества кормлений, наблюдаемое при сверхэкспрессии TfAP-2 в октопаминергических нейронах, может объяснять переедание после голодания, поскольку сверхэкспрессия TfAP-2 заставляла мух питаться.

    TfAP-2 и Twz регулируют питание посредством передачи сигналов октопамина

    Чтобы определить, регулируют ли TfAP-2 и Twz питание посредством передачи сигналов октопамина, мы скармливали мухам 3 мМ антагониста октопамина фентоламина, концентрация, которая, как известно, снижает индуцированную гиперактивность TfAP-2 OE до контрольных уровней, при этом не снижая активности элементов управления [6].Анализ CAFE был проведен для определения общего количества потребляемой пищи и среднего количества кормлений на муху за 24 часа. В то время как Tdc2-GAL4 +/- и TfAP-2 OE +/- контрольные мухи съели 246,4 нл (SE ± 22,2) и 246,8 нл (SE ± 32,9) соответственно, как и раньше, сверхэкспрессируя TfAP-. 2 в октопаминергических нейронах значительно увеличивал общее потребление пищи до 548,8 нл (SE ± 66,3, P <0,005). Кормление 3 мМ фентоламином не оказало значительного влияния на общее потребление пищи контрольными мухами, но значительно снизило общее потребление TfAP-2 OE самцов до контрольных уровней (312.5 нл, SE ± 34,7, P = 0,573) (рис. 4A). Сверхэкспрессия TfAP-2 в октопаминергических нейронах значительно увеличивала количество периодов кормления (33,3 fb, SE ± 6,6, P <0,005), в то время как TfAP-2 OE мух, получавших 3 мМ фентоламина, имели только 13,9 fb (SE ± 2,3, P = 0,642 по сравнению с Tdc2-GAL4 +/- контролей) (Рисунок 4B). Интересно, что кормление контрольных мух 3 мМ фентоламином не оказало значительного влияния на количество кормлений. Наконец, чтобы определить, оказывает ли октопамин прямое влияние на потребительское поведение, мы экспрессировали UAS-трансген для активируемого напряжением бактериального натриевого канала NaChBac [16] в октопаминергических нейронах, используя драйвер Tdc2-GAL4 , а затем выполнили анализ CAFE, как и раньше.Заметный интерес представляет то, что сверхэкспрессия NaChBac в октопаминергических нейронах значительно увеличивала общее потребление пищи в течение 24 часов (501,1 нл, SE ± 16,9, P <0,005) по сравнению с Tdc2-GAL4 +/- контрольных самцов (252,3 нл, SE ± 18,9) (Рисунок 4C). Мы заметили, что мухи обычно кормятся в течение первых 3 часов после включения света, поэтому мы снимали мух в течение этого времени и подсчитывали количество кормлений. Сверхэкспрессия NaChBac в октопаминергических нейронах также значительно увеличивала количество кормлений в течение 3-часового периода (2.36 fb, SE ± 0,43, P <0,05) по сравнению с Tdc2-GAL4 +/- контрольных самцов (0,44 периода кормления, SE ± 0,14) (рис. 4D). В анализе CAFE контрольная линия UAS-NaChBac увеличивала как общее потребление пищи, так и количество кормлений, указывая на то, что эта линия имеет низкие уровни экспрессии даже без драйвера GAL4. Эти результаты показывают, что пищевое поведение, вызванное TfAP-2, требует передачи сигналов октопамина. Более того, усиление передачи сигналов октопамина достаточно, чтобы вызвать консумативное поведение у взрослых мужчин.

    Рисунок 4. Октопамин регулирует пищевое поведение.

    (A, B) Самцов мух скармливали 3 мМ антагониста октопамина фентоламина перед проведением анализа CAFE для оценки общего потребления пищи (A) и среднего количества кормлений (B) за 24-часовой период в 5– 7-дневные взрослые самцы. Для каждой повторности использовали пять самцов, и анализ повторяли не менее 10 раз для каждого генотипа (непараметрический дисперсионный анализ Краскела-Уоллиса проводили с апостериорным тестом Данна для множественных сравнений, P <0.005). (B, C) Сверхэкспрессия бактериального натриевого канала в октопаминергических неруонах влияет на пищевое поведение. Анализ CAFE использовался для оценки общего потребления пищи за 24-часовой период (C) и среднего количества кормлений (D) за 3-часовой период, в течение первых 3 часов после включения света, в возрасте 5–7 дней. взрослые самцы. Для каждой повторности использовали пять самцов, и анализ повторяли не менее 10 раз для каждого генотипа (односторонний дисперсионный анализ с апостериорным тестом Данна для множественных сравнений, * <0,05, ** P <0.005). Планки погрешностей представляют собой SE (SEM). (E) Относительный уровень экспрессии Dsk у мужчин, у которых NaChBac был сверхэкспрессирован в октопаминергических нейронах. (n = 10 циклов кПЦР). В E двойная звездочка указывает на значительную разницу одностороннего дисперсионного анализа с апостериорным тестом Данна для множественных сравнений, * P <0,05, ** P <0,005).

    https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1004499.g004

    Затем, чтобы убедиться, что передача сигналов октопамина напрямую влияет на уровни транскрипта Dsk , мы выразили активируемый напряжением бактериальный натриевый канал NaChBac [16] в октопаминергических нейронах. с помощью драйвера Tdc2-GAL4 и выполнила qPCR для наблюдения уровней Dsk (рис. 4E).Уровни транскрипта Dsk для Tdc2-GAL4 +/- мужчин были установлены как 100%, представленные как 1 на графике. По сравнению с Tdc2-GAL4 +/- в контроле (SE ± 0,06), у мужчин, у которых NaChBac была сверхэкспрессирована в октопаминергических нейронах, было значительно больше транскрипта Dsk (1,75 раза, SE ± 0,04, P <0,005) (рис. 4E ). Из этого результата мы заключаем, что активации октопаминергических нейронов достаточно, чтобы вызвать экспрессию Dsk в ЦНС.

    Dsk препятствует кормлению

    Сверхэкспрессия Dsk в инсулин-продуцирующих клетках (IPC) достаточна для имитации фенотипов мужской агрессии, индуцированных TfAP-2 OE [6]. Чтобы выяснить, может ли сверхэкспрессия Dsk имитировать фенотипы кормления TfAP-2 OE , мы провели анализ CAFE на мухах, которых кормили ab lib . Dsk был сверхэкспрессирован в IPC ( Dilp2-GAL4 ), а также пан-нейронально ( elav-GAL4 ), и фенотип пищевого поведения сравнивали с самцами, у которых TfAP-2 был сбит ( TfAP-2 RNAi ) или сверхэкспрессируется ( TfAP-2 OE ) в октопаминергических нейронах.Подобно тому, что наблюдалось до подавления или сверхэкспрессии TfAP-2 увеличивало общее потребление пищи. Однако сверхэкспрессия Dsk пан-нейронально или специфически в МПК не влияла на количество потребляемой взрослыми самцами пищи (рис. 5А). Кроме того, у мух со сверхэкспрессией Dsk либо в МПК (11,2 fb, SE ± 2,3, P = 0,93), либо на пан-нейрональном уровне (6,2 fb, SE ± 1,4, P = 0,23) не было значительных изменений в количестве циклов кормления, по сравнению с контролем (8,7 fb, SE ± 1.4) (Рисунок 5B). В отличие от самцов TfAP-2 OE , у которых средний размер еды составлял 18,4 нл (SE ± 1,7, P <0,005), контрольные мухи съедали в среднем 28,5 нл за один прием пищи (SE ± 3,1), а самцы со сверхэкспрессией Dsk в МПК или пан-нейронах, употребляющих пищу нормального размера, 32,1 нл (SE ± 4,8, P = 0,56) и 37,8 нл (SE ± 5,4, P = 0,16), соответственно (рис. 5C).

    Рисунок 5. Сверхэкспрессия Dsk не влияет на пищевое поведение.

    (A – C) Анализ CAFE использовался для оценки общего количества потребляемой пищи (B), среднего количества кормлений (C) и размера еды (D) в течение 24 часов у взрослых самцов в возрасте 5–7 дней. .Для каждой повторности использовали пять самцов, и анализ повторяли не менее 10 раз для каждого генотипа. (D) Относительные уровни транскрипта Dsk в головах мух, голодавших в течение 24 или 48 часов. (E) Относительные уровни транскрипта Dsk в головах мух, содержащихся на различных диетах в течение 5 дней. (D, E) РНК собирали с голов 50 самцов в возрасте 5–7 дней для каждого генотипа. КПЦР повторяли не менее 7 раз для каждого транскрипта. (A, B и D: одна звездочка указывает на значительную разницу, непараметрический дисперсионный анализ Краскела-Уоллиса был проведен с апостериорным тестом Данна для множественных сравнений с апостериорным тестом Данна для множественных сравнений, P <0.05, а двойная звездочка указывает на значительную разницу P <0,005). (C: разные буквы обозначают похожие группы (т. Е. «A» значительно отличается от «b» или «c» и т. Д.). Непараметрический дисперсионный анализ Краскела-Уоллиса был выполнен с апостериорным тестом Данна для множественных сравнений, P <0,05 Планки погрешностей представляют собой SE (SEM).

    https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1004499.g005

    Голодание оказало значительное влияние на транскрипцию TfAP-2 и, в меньшей степени, на экспрессию Twz (рисунок 1A).Чтобы понять, влияет ли голодание на уровни транскрипции Dsk , мы провели анализ qPCR на взрослых самцах, голодавших в течение 24 или 48 часов. По сравнению с мухами, которых кормили ab lib , у голодных самцов в течение 24 часов значительно повышалась экспрессия Dsk (в 1,42 раза, SE ± 0,10, P <0,05 по сравнению с контролем), но после 48 часов голодания экспрессия Dsk вернулась к норме. контрольные уровни (рис. 5D). Наконец, мы определили, влияет ли содержание макронутриентов на экспрессию Dsk , но ни одна из диет не оказала значительного влияния, хотя небольшое увеличение экспрессии Dsk наблюдалось у мух, получавших низкокалорийную диету, и снижение экспрессии наблюдалось у мух, которых кормили. диета с высоким содержанием белка (рис. 5E).Из этих результатов следует, что условия питания регулируют транскрипцию Dsk аналогично Vmat .

    Октопамин и сигнал Dsk в цепи отрицательной обратной связи

    Сверхэкспрессия Dsk пан-нейронально ( elav-GAL4 ) индуцировала небольшое, хотя и не значимое, уменьшение количества кормлений по сравнению с контролем (Фигура 5В). Это, наряду с более ранним исследованием, которое определило, что потеря Dsk вызвала переедание голодных мух, может означать, что Dsk фактически сигнализирует о подавлении пищевого поведения [12].Чтобы понять, регулирует ли TfAP-2 поведение кормления через Dsk в контуре отрицательной обратной связи, мы скармливали контрольную ( Tdc2-GAL4 +/- ) и TfAP-2 OE самцам антагонист CCK млекопитающих SR 27897 перед проведением анализа CAFE [17], [18]. Антагонист CCK значительно увеличивал общее потребление пищи у взрослых мужчин (507,3 нл, SE ± 68,2, P <0,005) по сравнению с контрольной группой, получавшей обычную пищу (124,7 нл, SE ± 55,4). Подобно тому, что наблюдалось ранее, TfAP-2 OE самцов съели значительно больше пищи (258.3 нл, стандартное отклонение ± 1,4, р <0,005), чем контроли (рис. 6А). При кормлении этих самцов антагонист CCK оказывал аддитивный эффект, вызывая резкое увеличение общего потребления пищи (786,1 нл, SE ± 88, P <0,005). Антагонист CCK также значительно увеличил количество кормлений у Tdc-GAL4 +/- контролей (38,6 fb, SE ± 5,2, P <0,005), что было больше похоже на TfAP-2 OE самцов. (28 fb, SE ± 4,7, P <0,005 по сравнению с контролем) и значительно выше, чем в контроле (8.7 fb, SE ± 1,4) (Рисунок 6B). Кормление антагонистом самцов TfAP-2 OE увеличивало количество кормлений еще больше до 76 (SE ± 7,9, P <0,005). Антагонист SR 27897 не влиял на размер еды ни у контрольных, ни у самцов TfAP-2 OE (фиг. 6C).

    Рис. 6. Сигналы Dsk для запрета кормления.

    (A – C) Самцов мух перед проведением анализа CAFE скармливали 1 мМ антагониста CCK SR 27897. (A) Контроль кормления и TfAP-2 OE самцов SR 27897 увеличили общее потребление пищи, (B) и количество кормлений, но (C) не повлияли на средний размер еды.Для каждой повторности использовали пять самцов, и анализ повторяли не менее 10 раз (D, E). Сбивание с ног Dsk либо в продуцирующих инсулин клетках, либо во всех экспрессирующих Dsk клетках подавляет увеличение общего потребления пищи (D) и кормления. приступы (E), наблюдаемые, когда мухи скармливают 1 мМ антагониста CCK SR 27897. (F) Схематическое изображение октопамина и lop обратной связи Dsk для регулирования количества циклов кормления. Фентоламин является антагонистом октопамина, SR 27897 — антагонистом CCK млекопитающих.В A и B разные буквы указывают на схожие группы (т. Е. «A» значительно отличается от «b» или «c» и т. Д. Непараметрический дисперсионный анализ Краскела-Уоллиса был выполнен с апостериорным критерием Данна для множественных сравнений, P <0,05). В C одна звездочка указывает на существенное отличие от нормального скармливаемого контроля Tdc2-GAL4 (непараметрический дисперсионный анализ Краскела-Уоллиса выполнялся с апостериорным тестом Данна для множественных сравнений, P <0,05). В D и E двойная звездочка указывает на существенное отличие от нормального скармливаемого контроля Dilp2-GAL4 (непараметрический дисперсионный анализ Краскела-Уоллиса проводился с апостериорным тестом Данна для множественных сравнений, P <0.005). Планки погрешностей представляют собой SE (SEM).

    https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1004499.g006

    Чтобы проверить функцию Dsk в пищевом поведении, а также определить, действительно ли антагонист CCK млекопитающих SR 27897 ингибирует передачу сигналов Dsk Drosophila , мы кормили мух 1 мМ SR 27897, где Dsk был сбит либо в IPC с использованием драйвера Dilp2-GAL4 , либо во всех Dsk экспрессирующих клетках с использованием драйвера Dsk-GAL4 [19], [20] и выполнил анализ CAFE. Dilp2-GAL4, Dsk-GAL4 и UAS-Dsk RNAi гетерозиготные контроли съели 137,5 нл (SE ± 12,3), 125,5 нл (SE ± 15,3) и 187,5 нл (SE ± 15) соответственно, скармливая эти контроли 1 mM SR 27897 значительно увеличил их общее потребление пищи в течение 24 часов ( Dilp2-GAL4 , 232,8 нл, SE ± 18,7, P <0,05; Dsk-GAL4 , 254,2 нл, SE ± 20,3, P <0,05; UAS-Dsk RNAi , 292,9 нл, SE ± 23,4, P <0,05). Сбивание с ног Dsk в МПК ( Dilp2-GAL4 ) или во всех клетках, экспрессирующих Dsk ( Dsk-GAL4 ), значительно увеличивало общее потребление пищи в течение 24 часов, но кормление этих мух антагонистом CCK SR 27897 больше не увеличивал общее потребление (рис. 6D).Гетерозиготные контроли Dilp2-GAL4, Dsk-GAL4 и UAS-Dsk RNAi имели 10 (SE ± 1,1), 11,8 (SE ± 1,8) и 15 (SE ± 1,4) кормлений в течение 24 часов. соответственно (рисунок 6E). Введение этих контролей 1 мМ SR 27897 значительно увеличивало количество циклов кормления ( Dilp2-GAL4 +/- : 24,4 fb, SE ± 2,1, P <0,005; Dsk-GAL4 +/− : 29,2 fb , SE ± 3,4, P <0,005; UAS-Dsk RNAi +/- : 28,1, SE ± 1.6, P <0,005). Подавление Dsk в МПК или во всех клетках, экспрессирующих Dsk , значительно увеличивало количество периодов кормления ( Dilp2-GAL4; Dsk RNAi : 32 fb, SE ± 3,6, P <0,005; Dsk-GAL4 ; Dsk RNAi : 30,3 fb, SE ± 3,4, P <0,005), но кормление этих мух антагонистом CCK не привело к дальнейшему увеличению продолжительности кормления ( Dilp2-GAL4; Dsk RNAi : 32,7 fb, SE ± 3,2). , P = 0,885; Dsk-GAL4; Dsk RNAi : 33.8 fb, SE ± 3,8, P <0,861) (Рисунок 6E). На основании приведенных выше данных мы представляем следующую модель: TfAP-2 и Twz регулируют выработку и секрецию октопамина, который, в свою очередь, инициирует питание, в то время как в то же время в петле отрицательной обратной связи октопамин индуцирует экспрессию Dsk до запретить частоту кормления (рис. 6F).

    Совместная локализация экспрессируемых нейронами AP-2β и Kctd15 в мозге мыши

    Чтобы установить, могут ли, подобно Drosophila , гены Tfap2b (кодирующий AP-2β) и Kctd15 участвовать в регуляции пищевого поведения, была проведена иммуногистохимия, чтобы исследовать, локализованы ли совместно AP-2β и Kctd15 в мозг мыши и известные маркеры нейронов и глиальных клеток были использованы для исследования того, в каком типе клеток они экспрессируются, см. фигуру 7.AP-2β и Kctd15 имели сходные паттерны экспрессии с высокой и исключительной экспрессией в частях коры головного мозга, мозжечка и гипоталамуса. Перекрывающаяся экспрессия AP-2β и Kctd15 наблюдалась в дугообразном ядре гипоталамуса (Arc) и вентромедиальном ядре гипоталамуса (VMH) (фигура 7A). Совместная локализация AP-2β и иммунореактивности Kctd15 также наблюдалась в ядре прилежащего ядра (AcbC) в вентральном полосатом теле (фигура 7B). Все эти области, как известно, участвуют в регуляции приема пищи [21], [22].Нейрон-специфичную енолазу (NSE) использовали для визуализации нейрональной экспрессии AP-2β и Kctd15. Интересно, что перекрывающаяся экспрессия наблюдалась для AP-2β и нейронального маркера NSE [23] в коре головного мозга (рис. 7C). Kctd15 показал аналогичную картину с сильной совместной локализацией с NSE в коре головного мозга (рис. 7D). Экспрессия астроцитарного маркера глиального фибриллярного кислого белка (GFAP) [24] не перекрывалась ни с AP-2β, ни с Kctd15 в головном мозге (рис. 7E и 7F, соответственно). Таким образом, иммунореактивность AP-2β и Kctd15 совместно локализуются в определенных областях мозга мыши и локализованы в нейронах.

    Фигура 7. Совместная локализация иммунореактивности AP2β и KCTD15 в гипоталамусе и полосатом теле.

    Иммуногистохимия выполнялась на срезах мозга мыши с маркером ядра DAPI, помеченным синим цветом. (Строка A) Первая строка показывает широко перекрывающуюся экспрессию AP2β (красный) и KCTD15 (зеленый) в Arc и VMH в гипоталамусе вблизи третьего желудочка (3V) (Bregma -1,58). (Строка B) Иммунореактивность AP2β (красный) сильно перекрывается с иммунореактивностью KCTD15 (зеленый) в AcbC в вентральном полосатом теле (Bregma 1.10). (Строка C) Нейрональный маркер NSE (зеленый) и AP2β (красный) совместно локализованы в коре головного мозга (Сх) (Bregma 1.10). (Строка D) Экспрессия белков NSE (зеленый) и KCTD15 (красный) перекрывается в коре головного мозга (Bregma -1,46). (Строка E) Иммунореактивность маркера астроцитов GFAP (зеленый) не перекрывалась с экспрессией AP2β (красный) в гипоталамусе, рядом с третьим желудочком (3V) (Bregma -1,46). (Строка F) Маркер астроцитов GFAP (зеленый) не перекрывался с KCTD15 (красный) в гипоталамусе (Bregma -1.34). Снимки сделаны с 20-кратным увеличением.

    https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1004499.g007

    Регулирование Tfap2b и Kctd15 при приеме пищи в гипоталамусе мыши

    Чтобы изучить, как диетический статус влияет на экспрессию мРНК Kctd15 и Tfap2b в гипоталамусе, мышам были назначены различные пищевые ограничения; 1) кормили обычным кормом; 2) кормили обычным кормом, но без еды в течение 24 часов; и 3) кормили рационом с высоким содержанием жиров, чтобы вызвать ожирение перед анализом.Уровни экспрессии Tfap2b и Kctd15 у мышей, получавших нормальную пищу, были на уровне 100%, представленные цифрой 1 на графиках (Фигуры 8A и 8B). Оба гена активировались натощак, но только Tfap2b был значительно изменен с относительной экспрессией на уровне 3,22 (SD ± 0,50, P> 0,05) для Tfap2b и 1,38 (SD ± 0,06) для Kctd15 (рис. 8A. ). Кроме того, на Tfap2b также влияет диета с высоким содержанием жиров с повышенными уровнями относительной экспрессии на уровне 4.78 (SD ± 0,67, P> 0,01), в то время как Kctd15 не зависел от ожирения (0,99 ± 0,09 (± SD) (рис. 8B). Мыши, получавшие диету с высоким содержанием жиров в течение 6-8 недель, имели значительно больший вес, чем мыши кормление нормальным кормом (рис. 8C). Следовательно, диетический статус влияет на экспрессию Tfap2b и в гораздо меньшей степени Kctd15 в гипоталамусе у мышей, это аналогично тому, что наблюдалось для Drosophila гомологов TfAP- 2 и Twz (рис. 1A и 1B)

    Рисунок 8.Диета регулирует уровни транскриптов Tfap2b и Kctd15 в гипоталамусе мыши.

    (A, B) Относительный уровень экспрессии (A) Tfap2B и (B) Kctd15 в гипоталамусе от голодающих или страдающих ожирением мышей-самцов (n = 10 циклов кПЦР; однофакторный дисперсионный анализ ANOVA с апостериорным тестом Бонферрони для множественные сравнения, * P <0,05, ** P <0,005). (C) Мышей кормили либо нормальной диетой, либо диетой с высоким содержанием жиров в течение 8 недель. К шестой неделе мышей, выращенных на диете с высоким содержанием жиров, был значительно больше веса, чем у контрольных мышей (двухфакторный дисперсионный анализ с P <0.05 был рассчитан, чтобы гарантировать, что тучные мыши были значительно тяжелее, чем контрольные). Планки погрешностей представляют стандартное отклонение.

    https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1004499.g008

    AP-2β и KCTD15 напрямую взаимодействуют в клетках гипоталамуса

    Чтобы убедиться, что AP-2β и Kctd15 могут напрямую взаимодействовать in vivo , был проведен анализ лигирования методом близости (PLA) с использованием клеток mHypoE-N25 / 2. PLA может легко обнаруживать и локализовать белки с разрешением одной молекулы, что позволяет определять напрямую взаимодействующие белки [25].Используя этот метод, наблюдали, что сигналы PLA равномерно распределены по клеткам mHypoE-N25 / 2, куда были добавлены первичные антитела AP-2β и Kctd15 (рис. 9A, красные точки), в то время как в контрольных клетках, лишенных первичных антител, сигналов не наблюдалось. (Рисунок 9A 1 ). Все клетки контрастно окрашивали DAPI для выделения ядер (синее окрашивание).

    Фигура 9. Обнаружение взаимодействий AP-2β и Kctd15 в клетках mHypoE-N25 / 2 с использованием PLA.

    Изображения были получены в одной z-плоскости.Сигналы PLA показаны красным (проекция повышенной интенсивности), а ядра — синим (как окрашенные DAPI). Снимки сделаны с 20-кратным увеличением. (A) Взаимодействие PLA между AP2β и Kctd15, (A 1 ) отрицательный контроль без первичных антител. Обнаружение взаимодействий AP-2β, Kctd15 и Ube2i в клетках mHypoE-N25 / 2 с использованием PLA. Изображения были получены в одной z-плоскости. Сигналы PLA показаны красным (проекция повышенной интенсивности), а ядра — синим (как окрашенные DAPI). Снимки сделаны с 20-кратным увеличением.(B) Взаимодействие PLA между AP-2β и Ube2i, (B 1 ) отрицательный контроль без первичных антител. (C) Взаимодействие PLA между Kctd15 и Ube2i, (C 1 ) отрицательный контроль без первичных антител. (D) Вестерн-анализ белков мыши, выделенных из всего мозга, проводили с использованием антитела против AP-2β. На геле были видны две полосы, нижняя полоса соответствовала прогнозируемому размеру AP-2β, равному 48 кДа, а верхняя полоса соответствовала сумоилированному AP-2β, который должен составлять ~ 60 кДа.

    https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1004499.g009

    У мышей AP-2β взаимодействует с ферментом сумоилирования Ube2i [26], а у Drosophila Twz взаимодействует напрямую с гомологом Drosophila Ube2i Lesswright ( Lwr) [9]. Более того, мышиный AP2γ является сумоилированным [26], и у нас есть доказательства того, что мышиный AP-2β также сумоилирован (Рисунок 9D). Вестерн-блоттинг белков мыши, выделенных из всего мозга, проводили с использованием антитела против AP-2β.На геле были видны две полосы, нижняя полоса соответствовала предсказанному размеру AP-2β (48 кДа), верхняя полоса соответствовала сумоилированному AP-2β (~ 60 кДа) (фиг.9D). Этот результат побудил нас выполнить анализ лигирования близости (PLA) с использованием клеток mHypoE-N25 / 2, чтобы понять, взаимодействуют ли Kctd15 и AP-2β напрямую с Ube2i. При использовании этого метода сигналы PLA наблюдались в пунктах по всей клетке mHypoE-N25 / 2, когда первичные антитела AP-2β или Kctd15 были добавлены вместе с антителами Ube2i (рис. 9B и 9C соответственно, красные точки), тогда как сигналы не наблюдались в клетках, лишенных первичных антител (Фиг.9B 1 и 9C 1 соответственно).

    Обсуждение

    Ранее мы показали, что связанные с ожирением гомологи TfAP-2 и Twz взаимодействуют генетически, положительно регулируя активность TfAP-2 [6]. Это взаимодействие может регулироваться орексигенными сигналами, включая голод или низкое содержание макроэлементов в пище (см. Рисунки 1A – C). Чтобы усилить передачу сигналов октопамина, сверхэкспрессия TfAP-2 индуцирует экспрессию генов, участвующих в производстве и секреции октопамина, например тирамин-β-гидроксилазы ( Tbh ) и везикулярного транспортера моноаминов ( Vmat ) [6 ].Передача сигналов октопамина инициирует консумматическое поведение, а в петле отрицательной обратной связи для предотвращения переедания сигналы индуцируют экспрессию Dsk ; анорексигенный сигнал Dsk затем подавляет кормление. Интересно, что мы демонстрируем, что потеря TfAP-2 или сверхэкспрессия TfAP-2 в октопаминергических нейронах вызывает фенотип переедания, но по другим механизмам. Сбивание с ног TfAP-2 заставляло мух есть большие порции, но не влияло на количество приемов пищи в день; при избыточной экспрессии TfAP-2 значительно увеличивал количество приемов пищи в день.Фенотип сверхэкспрессии можно объяснить с помощью нашей модели (см. Рисунок 6F). Повышенная передача сигналов октопамина побуждает мух есть, но в то же время усиливает передачу сигналов Dsk, препятствуя питанию. Эта петля обратной связи может приводить к увеличению числа кормлений из-за передачи сигналов октопамина, но к преждевременному прекращению приема пищи из-за повышенной экспрессии Dsk . Увеличение размера еды из-за потери TfAP-2 труднее объяснить, но указывает на параллельные пути, вовлеченные в регулирование размера еды.Недавно сообщалось, что, подобно Dsk , другой нейропептид Кардиоактивный пептид ракообразных ( Ccap ), гомолог вазопрессина / окситоцина Drosophila , также экспрессируется в инсулин-продуцирующих клетках [27]. Интересно, что у нас есть доказательства того, что Ccap участвует в регулировании размера еды у взрослых Drosophila (M. Williams, неопубликованные наблюдения), и вазопрессин, и окситоцин, как было показано, регулируют размер еды у млекопитающих [28] — [30]

    Недавняя работа продемонстрировала, что Drosophila аналог норадреналина октопамин участвует в регуляции консумативного поведения личинок [13].В этом конкретном исследовании было определено, что октопамин вызывает реакцию на постоянное употребление вкусной пищи, в отличие от NPY-подобной системы, которая, как было показано, инициирует употребление менее вкусной пищи в неблагоприятных условиях [31], [32]. Следует отметить, что хроническая инфузия аналога октопамина млекопитающих норадреналина в вентромедиальное ядро ​​гипоталамуса (VMH) крыс вызывает ожирение, скорее всего, из-за гиперфагии и повышенных уровней циркулирующего инсулина и триглицеридов [33], [34]. Более того, дефицит аминокислот в пище ингибировал высвобождение норадреналина в VMH, вероятно, стимулированный реакцией отвращения для подавления консумматического поведения [35].Интересно, что мы обнаружили, что в ЦНС Drosophila или гипоталамусе мышей голодание и низкое содержание питательных макроэлементов вызывали экспрессию TfAP-2 (см. Рис. 1A и 1B) или Tfap2b (см. Рис. 8A и 8B). Кроме того, когда мы окрашивали мозг мыши для поиска возможных взаимодействий Tfap2b (кодирующего AP-2β) и Kctd15 , мы наблюдали сильную совместную локализацию AP-2β и Kctd15 в нейронах, расположенных в VMH. Более того, сверхэкспрессия TfAP-2 в октопаминергических нейронах Drosophila вызывает гиперфагию, которая может быть купирована антагонистом октопамина.Наконец, гиперактивирующих октопаминергических нейронов достаточно, чтобы вызвать гиперфагию у взрослых самцов Drosophila . Эти находки предполагают, что у мух и млекопитающих начало и прекращение консумативного поведения контролируется консервативной системой передачи сигналов.

    CCK, желудочно-кишечный гормон млекопитающих, секретируемый кишечником при попадании питательных веществ в просвет, связывается с рецептором холецистокинина А (CCKAR), расположенным на сенсорных терминалах блуждающего нерва. Затем блуждающий нерв передает сигналы насыщения ядру единственного тракта (NTS) [10], [11].В некоторых экспериментальных условиях экзогенная передача сигналов CCK вызывает чувство насыщения и уменьшает размер еды у некоторых видов [36] — [41]. Интересно, что наши эксперименты показывают, что, хотя кормление мух дикого типа антагонистом CCK не влияет на размер еды, количество кормлений значительно увеличивается (см. Рисунок 6B). Более того, при кормлении самцов TfAP-2 со сверхэкспрессией , которые уже подвергаются значительно большему количеству кормлений, чем контрольные, антагонист CCK оказывал аддитивный эффект. Наконец, подавление гомолога Drosophila CCK в инсулин-продуцирующих клетках (IPC) было достаточным, чтобы вызвать гиперфагию (см. Фиг. 6D и 6E).Это несколько отличается от того, что наблюдается у млекопитающих, где ингибирование CCK увеличивает размер еды. Хотя не было исследований, сообщающих о влиянии норадреналина на транскрипцию или передачу сигналов CCK, было показано, что передача сигналов CCK к VMH может ингибировать высвобождение норадреналина [42]. Возможно, что CCK, высвобождаемый из кишечника, подавляет размер еды, в то время как CCK функционирует в гипоталамусе, блокируя высвобождение норадреналина, тем самым подавляя количество приступов кормления.

    Ранее мы сообщали, что сверхэкспрессии TfAP-2 или кормления Drosophila хлордимеформой аналога октопамина достаточно для индукции транскрипции Dsk , и что индукция Dsk с помощью TfAP-2 избыточная экспрессия может быть заблокирована путем кормления. летает антагонист октопамина [6].Здесь мы демонстрируем, что специфической активации октопаминергических нейронов с использованием бактериального натриевого канала достаточно, чтобы вызвать гиперфагию (см. Рис. 4C и 4D). Кроме того, недавнее исследование показало, что передача сигналов октопамина индуцировала пылкое пищевое поведение, когда личинкам давали вкусную пищу [13]. Кроме того, было показано, что Dsk необходим для предотвращения употребления сытых личинок или взрослых особей менее вкусной пищи [12]. Как у мух, так и у млекопитающих, возможно, существует законсервированная петля отрицательной обратной связи, препятствующая перееданию, а также позволяющая различать вкусную и невкусную пищу.

    Наши результаты показывают, что существует эпистатическое взаимодействие между TfAP-2 и Twz . Во всех проведенных анализах, где была сверхэкспрессирована TfAP-2 , потеря Twz была способна спасти фенотипы гиперэкспрессии TfAP-2 . Кроме того, мы ранее сообщали и снова показали здесь, что Twz необходим для правильной транскрипции TfAP-2 [6]. Кроме того, в клетках mHypoE-N25 / 2, которые происходят из гипоталамуса мыши, анализ лигирования близости показал, что AP-2β мыши и Kctd15 взаимодействуют напрямую по всей цитоплазме (см. Фигуру 9A).Вопрос в том, какова функция этого взаимодействия? В дрожжевом двугибридном скрининге с использованием библиотеки кДНК головного мозга человека KCTD1 был идентифицирован как партнер связывания для AP-2α, белка, паралогичного для AP-2β. Анализы временной трансфекции с использованием промоторов, содержащих сайт связывания AP-2, показали, что KCTD1 активно подавляет AP-2α-опосредованную трансактивацию, демонстрируя, что функция KCTD1 заключается в ингибировании активности TFAP2α. Это не то, что мы наблюдали для Drosophila TfAP-2 и Twz , где Twz был необходим для активности TfAP-2.AP-2β мыши взаимодействует с Ube2i [26], ферментом сумоилирования, а у Drosophila Twz взаимодействует непосредственно с гомологом Ube2i Drosophila Lesswright (Lwr) в крупномасштабном двухгибридном дрожжевом скрининге [9]. Мы показываем, что в клетках mHypoE-N25 / 2 мыши AP-2β и Kctd15 оба напрямую взаимодействуют с ферментом сумоилирования Ube2i. Возможно, что Twz / Kctd15 действует как каркас, где TfAP-2 / AP-2β либо сумоилирован, либо убиквитинирован, поскольку многие члены семейства KCTD также взаимодействуют с аппаратом убиквитинирования [43], [44].Эта посттрансляционная модификация может потребоваться для активации TfAP-2 / AP-2β. У Drosophila CNS и гипоталамуса мыши TfAP -2 и Tfap2b уровни транскрипции повышались после голодания. У Drosophila для этого увеличения транскрипции требовалось Twz . Возможно, уровни насыщения регулируют взаимодействия TfAP-2 / Tfap2b и Twz / Kctd15, которые, в свою очередь, регулируют посттрансляционную модификацию TfAP-2 / Tfap2b для увеличения активности TfAP-2 / Tfap2b.Во время голодания или в условиях ограничения питания TfAP-2 и Twz могут взаимодействовать, чтобы активировать TfAP-2 и, таким образом, индуцировать экспрессию TfAP-2 (см. Фиг. 1A и 1C). Более того, в экстремальных условиях может потребоваться больше Twz, это подтверждается тем фактом, что Twz был индуцирован транскрипцией только после 48 часов голодания. Ранее мы продемонстрировали, что экспрессия Twz не требует TfAP-2 [6]. Хотя мы не продемонстрировали этого, в гипоталамусе мышей в условиях низкой питательной ценности Tfap2b и Kctd15 могут взаимодействовать, чтобы инициировать сумоилирование и активацию Tfap2b, что, в свою очередь, может вызывать консумативное поведение.

    В заключение, наши данные предполагают, что гены, связанные с ожирением человека TFAP2B и KCTD15, могут напрямую взаимодействовать в областях мозга, которые, как известно, регулируют пищевое поведение. Мы продемонстрировали, что не только гомологи Drosophila генетически взаимодействуют, но и в линии гипоталамических клеток мыши физически взаимодействуют гомологи мыши. Более того, AP-2β и Kctd15 совместно локализуются в областях гипоталамуса мыши, которые, как известно, регулируют пищевое поведение. В этой модели Kctd15 может действовать как каркас, где AP-2β будет связываться, чтобы быть сумоилированным способом, подобным Kctd1 и AP-2α, или, возможно, убиквитинированным.Эта посттрансляционная модификация затем изменит функцию AP-2β и позволит ему индуцировать передачу сигналов норадреналина, чтобы вызвать консумативное поведение.

    Материалы и методы

    Лётные запасы и техническое обслуживание

    w *, P {w [+ mW.hs] = GawB} elav [C155] , w *; P {w [+ mC] = Tdc2-GAL4.C} 2 , y 1 w [*]; P {w [+ mC] = UAS-AP-2.PB} a4-2 , y 1 w *; P {w [+ mC] = UAS-NaChBac-EGFP} 4 и линии РНКи y1 v1; P {TRiP.JF01908} attP2 Dsk , y1 v1; P {TRiP.JF03500} attP2 Tfap-2 (упоминается как TfAP2 RNAi2 ) и y1 v1; P {TRiP.JF01867} attP2 Twz (обозначаемый как Twz RNAi2 ) были получены из Bloomington Stock Center (Таблица 1). TfAP-2 (y 1 w 3 ; P {KK109052} VIE-260B , упоминается как TfAP-2 RNAi1 ) и Twz (y 1 w 3 ; w 3 ; P {KK107922} VIE-260B , обозначаемый как Twz RNAi1 ) РНКи-мух были получены из Венского центра РНКи для дрозофил (VDRC, Вена, Австрия) (таблица 1). Вт; Dilp2-GAL4 был подарком доктора Эрика Рулифсона [45]; Вт; Dsk-GAL4 и w ; Линия UAS-Dsk была подарком доктора Барри Ганецки [19], [20]. Все мухи, если не указано иное, содержались на обогащенном стандартном корме для мух Jazz mix (Fisher Scientific). Мух содержали в инкубаторе при 25 ° C и влажности 60% в цикле 12∶12 свето-темнота. Мух скрещивали с водителями GAL4, а контрольных животных выращивали при 18 ° C до появления взрослых особей; однажды собранные взрослые особи выращивались при 29 ° C в течение подходящего времени.Во всех анализах драйверы GAL4 и трансгенные мухи UAS были скрещены с и 1118 мух и их потомство F1 использовали в качестве контроля.

    Капиллярное питание (CAFE) и анализ антагонистов

    Этот метод был изменен Ja et al. 2007 [15]. Для этого анализа использовали флакон размером 9 см на 2 см (высота × диаметр), содержащий 1% агарозы (высота 5 см), чтобы обеспечить влажность и влажность мух. Калиброванную капиллярную стеклянную пробирку (5 мкл, VWR International) заполняли жидкой пищей, содержащей 5% сахарозы, 5% дрожжевого экстракта и 0.5% краситель пищевой. Минеральное масло использовалось для предотвращения испарения жидкой пищи. Флакон был покрыт парафином; капиллярная трубка вводилась сверху через парафин. Экспериментальную установку поддерживали при 25 ° C, и активность регистрировали в течение 24 часов с помощью камеры HD (Panasonic SDS90). Начальный и конечный уровень пищи в капиллярной трубке был отмечен для определения общего количества потребляемой пищи. Количество кормлений на муху подсчитывали по записи; средний размер еды был рассчитан путем деления общего количества потребляемой пищи на количество кормлений.Для этого анализа использовали пять 5-7-дневных самцов на флакон.

    Кормление после голодания

    Двадцать 5-7-дневных самцов содержали во флаконе, содержащем 1% агарозу, в течение 16 часов. Затем их переносили во флаконы с обычным кормом (5% сахарозы, 5% дрожжевого экстракта и 1% агарозы) и давали им питаться в течение 20 минут, затем переносили во второй флакон с пищевым продуктом, содержащий нормальный корм (5% сахарозы, 5% дрожжевого экстракта и 1% агарозы) и 2% синего или зеленого пищевого красителя (д-р Эткер) и давали кормить в течение 15 минут.По истечении этого времени брюшко каждой мухи исследовали с помощью препаровального микроскопа (DV4, Zeiss) и оценивали цвет кишечника. Процент переедающих был рассчитан путем деления тех, у кого кишечник синего цвета, на общее количество наблюдаемых мух.

    Анализы на антагонисты

    Недавно выведенные самцов мух со сверхэкспрессией TfAP-2 были собраны и изолированы на нормальном корме в течение 3 дней. По истечении этого времени их кормили методом анализа CAFE [15]. Калиброванные капиллярные стеклянные пробирки (5 мкл, VWR) заполняли либо 1 мМ SR 27897 [17], [18], либо 3 мМ фентоламина [46], приготовленного с жидкой пищей (5% сахарозы и 5% дрожжевого экстракта). слой минерального масла использовался для предотвращения испарения жидкой пищи из капиллярной трубки.Эти трубки вставлялись в камеры сверху через парафиновую пленку. Через 2–3 дня кормления мух использовали для различных анализов.

    Очистка РНК

    Для выделения РНК из образцов тканей использовали фенол-хлороформный метод [47]. Пятьдесят голов мух гомогенизировали с 800 мкл TRIzol (Invitrogen, USA), добавляли 200 мкл хлороформа (Sigma-Aldrich) и образцы центрифугировали при 12000 об / мин в течение 15 минут при 4 ° C. Водный слой, содержащий РНК, отделяли и добавляли 500 мкл изопропанола (Solvaco AB, Швеция).РНК осаждали, храня образцы при -32 ° C в течение 2 часов. Образцы центрифугировали при 12000 об / мин в течение 10 минут при 4 ° C для сбора осадка РНК, который затем промывали 75% этанолом (Solvaco AB, Швеция) для удаления органических примесей. Образцам давали высохнуть на воздухе для удаления любых следов этанола. Высушенные осадки РНК растворяли в 21,4 мкл воды, свободной от РНКаз (Qiagen GmBH, Германия) и 2,6 мкл буфера для инкубации ДНКаз (Roche GmBH, Германия). Образцы инкубировали при 75 ° C в течение 15 минут для обеспечения полного растворения осадка РНК.К каждому образцу добавляли 2 мкл ДНКазы I (10 Ед / мкл, Roche GmBH, Германия) и инкубировали при 37 ° C в течение 3 часов для удаления загрязнения ДНК. ДНКазу дезактивировали инкубацией образцов при 75 ° C в течение 15 минут. Удаление ДНК подтверждали с помощью ПЦР с использованием полимеразы Taq (5 Ед / мкл, Biotools B&M Labs, Испания) с последующим электрофорезом в агарозном геле. Концентрацию РНК измеряли с помощью спектрофотометра nanodrop ND 1000 (Saveen Werner).

    синтез кДНК

    КДНК

    синтезировали из матрицы РНК с использованием dNTP 20 мМ (Fermentas Life Science), случайных гексамерных праймеров и обратной транскриптазы M-MLV (200 Ед / мкл, Invitrogen, США), следуя инструкциям производителя.Синтез кДНК подтверждали с помощью ПЦР с последующим электрофорезом в агарозном геле.

    qRT-PCR

    Относительные уровни экспрессии трех генов домашнего хозяйства ( EF-1, Rp49 и RpL11 ) и интересующих генов определяли с помощью количественной ОТ-ПЦР (qPCR). Каждая реакция общим объемом 20 мкл содержала 20 мМ Трис / HCl pH 9,0, 50 мМ KCl, 4 мМ MgCl 2 , 0,2 мМ dNTP, ДМСО (1–20) и SYBR Green (1–50000). Концентрация матрицы составляла 5 нг / мкл, а концентрация каждого праймера составляла 2 пмоль / мкл.Праймеры были разработаны с помощью Beacon Designer (Premier Biosoft) с использованием настроек SYBR Green. Все эксперименты qPCR были выполнены в двух экземплярах; для каждой пары праймеров на каждую чашку были включены отрицательный контроль с водой и положительный контроль с 5 нг / мкл геномной ДНК. Амплификации проводили с 0,02 мкг / мл ДНК-полимеразы Taq (Biotools, Швеция) в следующих условиях: начальная денатурация при 95 ° C в течение 3 минут, 50 циклов денатурации при 95 ° C в течение 15 секунд, отжиг при 52,8-60,1 ° C. на 15 секунд и удлинение при 72 ° C в течение 30 секунд.Анализ данных qPCR выполняли с использованием программного обеспечения MyIQ 1.0 (Bio-Rad), как сообщалось ранее [48]. Эффективность праймеров рассчитывалась с помощью LinRegPCR [49], а образцы корректировались с учетом различий в эффективности праймеров. Протокол GeNorm, описанный Vandesompele et al. [50] был использован для расчета коэффициентов нормализации по уровням экспрессии генов домашнего хозяйства. Для удаления выбросов был проведен тест Граббса. Различия в экспрессии генов между группами анализировали с помощью ANOVA с последующим PLSD-тестом Фишера, где это было необходимо.В качестве критерия статистической значимости использовали P <0,05. Использовали следующие праймеры: EF-1, F: 5′-GCGTGGGTTTGTGATCAGTT-3 ‘, R: 5′-GATCTTCTCCTTGCCCATCC-3’; Rp49 F: 5′-CACACCAAATCTTACAAAATGTGTGA-3 ‘, R: 5′-AATCCGGCCTTGCACATG-3’; RpL11 F: 5′-CCATCGGTATCTATGGTCTGGA-3 ′, R: 5′-CATCGTATTTCTGCTGGAACCA-3 ′, TfAP-2 F: 5′-CTAAGAGCAAGAACGGAG-3 ′, R: 5′-CTAAGAGCAAGAACGGAG-3 ′; Tiwaz F: 5′-GCCACATTCTGAACTTTATG-3 ‘, R: 5′-CACCAAATAGTTGCCATT-3’; Dsk F: 5′-CCGATCCCAGCGCAGACGAC-3 ‘, R: 5′-TGGCACTCTGCGACCGAAGC-3’

    Экспериментальные процедуры на мышах

    Этическое заявление.

    Все процедуры с животными были одобрены местным этическим комитетом в Упсале и следовали указаниям Директивы Совета Европейских сообществ (86/609 / EEC).

    Сбор тканей и срезы — Взрослых мышей-самцов C57BL / 6J (Taconic M&B, Дания) анестезировали внутрибрюшинной инъекцией пентобарбитала натрия (90 мг / кг внутрибрюшинно; Apoteksbolaget, Швеция). Транскардиальную перфузию выполняли через левый желудочек физиологическим раствором с фосфатным буфером (PBS), затем 4% формальдегидом (HistoLab, Швеция) и вырезали головной мозг.Ткани хранили в 4% формальдегиде в течение ночи, и срезы делали фиксацией в цинк-формалине (Richard-Allan Scientific, США) в течение 18–24 ч при 40 ° C перед дегидратацией и инфузией парафина с помощью вакуумного инфильтрационного процессора Tissue-Tek. (Miles Scientific, США). Срезы (7 мкм) вырезали с использованием микротома с холодным срезом Microm 355S STS, устанавливали на предметные стекла Superfrost Plus (Menzel-Gläser, Германия), сушили в течение ночи при 37 ° C и хранили при 4 ° C.

    Сбор свежих тканей.

    17 взрослых мышей-самцов C57BL / 6J (Taconic M&B, Дания) использовали для свежего рассечения гипоталамуса.Животных содержали в помещении с регулируемой температурой с 12-часовым циклом свет-темнота, где у них был свободный доступ к пище и воде в любое время, если не указано иное. Шесть мышей кормили нормальной пищей до вскрытия; еще шести мышам давали корм, но их лишали пищи в течение 24 часов перед вскрытием, чтобы изучить влияние голодания на экспрессию генов. При ожирении, вызванном диетой, пять мышей получали западную диету с высоким содержанием жиров (R638, Lantmännen, Швеция) в течение восьми недель до вскрытия. Вес мышей с ожирением, вызванным диетой, контролировали слабо и сравнивали с мышами, получавшими нормальную пищу.Двусторонний дисперсионный анализ ANOVA с P <0,05 был рассчитан, чтобы гарантировать, что тучные мыши были значительно тяжелее, чем контрольные в день вскрытия. Мышей умерщвляли смещением шейных позвонков в течение светового периода, и все вскрытия выполняли на льду. Для облегчения иссечения гипоталамуса использовали коронарный матрикс головного мозга (Alto, 1 мм). Ткани помещали в RNA-later (Invitrogen) на 2 часа при комнатной температуре, а затем замораживали при -80 ° C.

    экстракция РНК.

    Ткани, собранные у мышей на той же диете, объединяли перед экстракцией РНК.РНК выделяли с помощью набора Absolutely RNA Miniprep Kit (Agilent Technologies, США). Вкратце, ткань смешивали с буфером для лизиса, β-меркаптоэтанолом и 1 мм стеклянными шариками, свободными от РНКазы, перед гомогенизацией с использованием смесителя Bullet (Averill Park, США). Гомогенат центрифугировали в центрифуге Heraesus Fresco 21 на максимальной скорости при комнатной температуре через центрифугу для предварительной фильтрации и смешивали с 70% этанолом (Solveco, Швеция) в соотношении 1: 1 для осаждения РНК. Раствор центрифугировали через центрифуги для связывания РНК с последующей промывкой солевым буфером.Затем в вращающуюся чашку для связывания РНК добавляли буфер для расщепления ДНКазой и ДНКазу 1, не содержащую РНКаз, и давали инкубироваться в течение 15 мин при 37 ° C с последующими дополнительными промываниями в солевом буфере перед элюцией РНК. Концентрацию измеряли с помощью спектрофотометра нанокапель ND-1000.

    Синтез

    кДНК.

    Извлеченную РНК использовали в качестве матрицы для синтеза кДНК. 2 мкг РНК добавляли в буфер 2 × RT и мастер-микс ферментов 20 × RT (набор High Capacity RNA-to-cDNA, Applied Biosystem, США), конечный объем доводили до 20 мкл водой, обработанной DEPC.Образцы инкубировали при 37 ° C в течение 60 минут, затем при 95 ° C в течение 5 минут. КДНК разбавляли до 5 нг / мкл матрицы в стерильной воде.

    Дизайн праймеров и КПЦР.

    Все праймеры были разработаны с использованием праймеров Beacon, дизайн 8 (Premier Biosoft). Для амплификации образца были использованы следующие праймеры KCTD15 F: 5′-CACCAAGTACCCTGACTC-3 ′, R 5′-AATAATGTTGCTTGAGACTGT-3 ′ и Tfap2b : F 5′-TTACAGTCCTATACTCTCC-3 ′, RCTAGT 5 ′ . Были запущены три различных контрольных гена: GADPH : F 5′-GCCTTCCGTGTTCCTACC-3 ‘, R 5′-GCCTGCTTCACCACCTTC-3’, mRPL19 : F 5′-AATCGCCAATGCCAACTC-3 ‘, RGG’-GACTC-3′ и гистон h4b: F 5′-CCTTGTGGGTCTGTTTGA-3 ‘, R 5′-CAGTTGGATGTCCTTGGG-3’.

    Для каждой реакции qPCR использовали супермикс iQ SYBR Green (Bio-rad, Швеция), к которому добавляли 5 мкл кДНК (5 нг / мкл матрицы) и 100 пмоль / мкл каждого праймера. Конечный объем доводили до 20 мкл водой. Каждый образец анализировали в трех экземплярах, отрицательный контроль для каждой пары праймеров и положительный контроль включали в каждый планшет. Все эксперименты повторяли дважды. Использовали прибор для обнаружения в реальном времени iCycler (Bio-Rad Laboratories), и реакция проходила в следующих условиях: начальная денатурация в течение 30 секунд при 94 ° C, затем 45 циклов по 10 секунд при 94 ° C, 30 секунд при 53–63 ° C. (оптимальная температура для каждой пары праймеров) и 30 секунд при 72 ° C.После этого была построена кривая плавления посредством 81 цикла с 10-секундными интервалами, при которых температура увеличивалась на 0,5 ° C за цикл, начиная с 55 ° C.

    Анализы выполняли, как описано ранее в разделе qRT-PCR. Программное обеспечение MyIQ 1.0 использовалось для анализа данных кПЦР, а эффективность праймера рассчитывалась с помощью LinRegPCR. Тест Граббса был проведен для удаления выбросов в расчетах эффективности праймеров перед корректировкой образцов на эффективность праймеров. Коэффициент нормализации был получен путем использования уровней экспрессии генов домашнего хозяйства для расчетов в GeNorm.Затем коэффициент нормализации использовали для расчета относительной экспрессии мРНК в образцах. Различия в экспрессии генов между диетами анализировали с помощью однофакторного дисперсионного анализа, в котором для апостериорного анализа использовали критерий множественного сравнения Бонферрони. P> 0,05 использовалось как значимость.

    Флуоресцентная иммуногистохимия на парафиновых срезах.

    Срезы депарафинизировали в X-trasolv (Medite histotechnik, Германия), регидратировали с помощью серии растворов этанола, попадающих в воду, с последующей промывкой PBS.Извлечение антигена проводили путем нагревания срезов до 100 ° C в 0,01 М лимонной кислоте pH 6,0 (Sigma-Aldrich, США). После промывок PBS срезы инкубировали с антителами 1 ° в течение ночи при 4 ° C. После промывки PBS срезы инкубировали в течение двух часов при 2 °, разведенных в супермиксе. Срезы промывали PBS, окрашивали DAPI (1∶1250, Sigma-Aldrich, США) и помещали в среду DTG с антифадом (диазабицикло (2.2.2) октан в глицерине). Снимки были сделаны с помощью флуоресцентного микроскопа (Zeiss Axioplan2 imaging), подключенного к камере (AxioCam HRm) с Carl Zeiss AxioVision версии 4.7 программное обеспечение.

    Антитела для иммуногистохимии

    Первичные антитела.

    Кролик-анти-AP2β (1∶100, Abcam, England), мышиный анти-KCTD15 (1∶100, Abcam, England), куриный анти-NSE (1∶200, Abcam, England) или курица-α -GFAP (1∶800, Abcam, England) антитела, разведенные в супермиксе (забуференный трис физиологический раствор, 0,25% желатин, 0,5% Triton X-100).

    Вторичные антитела.

    Козьи антитела против мышиных 594, козьих антител против куриных 488, козьих против кроличьих-594 или козьих антител против мышиных 488 (1∶200, Invitrogen, США).

    Анализ близости лигирования (PLA)

    Иммортализованная эмбриональная линия клеток гипоталамуса мыши N 25/2 была выращена (подробные методы поддержания клеточной культуры можно найти в SI Experimental процедурах) на предметных стеклах (покрытых 10 мкг / мл поли-L-лицина) и зафиксирована в 4% параформальдегид (Sigma-Aldrich, США) в течение 15 мин и промывают PBS. Набор флуоресценции Duolink II (реагенты для обнаружения оранжевого, Olink Biosciences, Швеция) использовали для проведения анализа близости in situ (PLA) на фиксированных клетках в соответствии с инструкциями производителя.Первичные кроличьи антитела против AP2β, мышиные анти-KCTD15, козьи анти-UBC9 (Abcam, Англия) разводили соответственно 1-100, 1-100, 1-200 в разбавителе антител, поставляемом в наборе. Отрицательный контроль проводили без первичных антител. Белковые взаимодействия были обнаружены с зондами PLA в комбинации против кроличьего PLUS и против мышиного MINUS, против кроличьего PLUS и против козьего MINUS или против мышиного PLUS и против козьего MINUS. Слайды монтировали с помощью Duolink in situ Mounting Medium с DAPI. Снимки были сделаны с помощью флуоресцентного микроскопа (Zeiss Axioplan2), подключенного к камере (AxioCam HRm) с Carl Zeiss AxioVision версии 4.7 (Carl Zeiss, Германия).

    Культура клеток

    Иммортализованная эмбриональная клеточная линия гипоталамуса мыши N 25/2 (mHypoE-N25 / 2, Cellutions Biosystems Inc., Канада) культивировалась в среде для культивирования клеток DMEM (Invitrogen) с 10% фетальной бычьей сывороткой (Invitrogen), 1% пенициллина, стрептомицина. (Invitrogen), 1 × амфотерицин B (Invitrogen) в увлажненной атмосфере с 5% CO 2 в воздухе при 37 ° C. Среду для выращивания меняли каждые 2 дня, а клетки расщепляли трипсином регулярно в соотношении 1-2–1-3, обычно каждые 3 дня.

    Вестерн-анализ

    Мы провели вестерн-блоттинг AP-2β в ткани мозга взрослых самцов мышей C57Bl6 / J (Taconic M&B, Дания). Вкратце, ткань гомогенизировали в буфере для гомогенизации (50 мМ Трис, 150 мМ NaCl, 4 мМ MgCl, 0,5 мМ ЭДТА, 2% Тритон X-100 и 1 мМ ингибитор протеазы PMSF (Sigma-Aldrich, США), разведенный в изопропаноле). Концентрации белка определяли с помощью анализа белка DC (Bio-Rad, Hercules, США) в соответствии с инструкциями производителя.Равные количества белка (200 мкг или 13 мкг / мкл) были разделены вместе с предварительно окрашенной белковой лестницей PageRuler (Fermentas, Канада) на геле Mini-Protean TGX (4–10%, Bio-Rad, Hercules, США) в рабочий буфер (0,1% SDS, 0,025 трис-основания и 0,192 М глицин) с помощью гель-электрофореза. Белки переносили на мембрану из поливинилиденфторида (PVDF) Immobilon-P (Millipore, Billerica, США) в буфере для переноса (0,025 трис-основания, 0,192 M глицин и 20% метанол) и предварительно блокировали в течение 1 часа в блокирующем буфере (5 % обезжиренного сухого молока (Bio-RAD, Hercules, США), разведенного в 1.5 М NaCl, 0,1 М Трис, 0,05% Твин-20, pH 8,0). Мембрану разрезали посередине, получая две мембраны с одинаково загруженными образцами белка. Одну половину мембраны гибридизовали с первичным антителом против AP-2β (разведенное 1-200, кроличьи анти-AP2β, Abcam, Англия). Другая половина мембраны была гибридизирована с первичным антителом AP-2β, которое было предварительно заблокировано избытком того же синтетического пептида (последовательность (Nh3-) MHSPPRDQAA IMLWKLVENV KYEDIYEDRH DGVPSHSSRL SQLGSVSQGP (-CONh3), Abcam, England), который использовали для генерировать антитело.Затем гибридизацию проводили в течение ночи при 4 ° C. После промывки в воде мембраны инкубировали в течение 1 ч с вторичным антителом, конъюгированным с пероксидазой хрена (разведенное 1 × 10000, козье антикроличье, Invitrogen, США), с последующим детектированием с помощью метода усиленной хемилюминесценции (ECL). Мембраны инкубировали в течение 3 мин в смеси 1-1 люминола / энхансера и буферных растворов пероксидазы (Immun-Star HRP, Bio-Rad, Hercules, США) и проявляли на высокоэффективной хемилюминесцентной пленке (GE healthcare, Waukesha, США). .

    Статистический анализ

    Было рассчитано среднее значение и стандартная ошибка для всех повторов каждого эксперимента. Весь анализ выполнялся с помощью GraphPad Prism 4 и использовался ANOVA с соответствующим апостериорным анализом для множественных сравнений. Тип анализа, выполняемого для каждого анализа, указан в соответствующей легенде к рисунку.

    Стереоселективный синтез аналога (±) -эпибатидина: (±) -2β- (2-хлор-5-пиридинил) -8-азабицикло [3.2.1] октан

  • Bai, D., Сюй, Р., Чу, Г. и Чжу, X., Синтез (±) -эпибатидина и его аналогов. J. Org. Chem. , 61, 4600–4606 (1996).

    PubMed
    Статья
    CAS

    Google Scholar

  • Fisher, M., Huang, D. F., Shen, T. Y. и Guyenet, P. G. J., Pharmcol. Exp. Ther. , 270, 702–707 (1994).

    CAS

    Google Scholar

  • Мальпасс, Дж. Р., Хеммингс, Д.А. и Уоллис А. Л. Синтез гомологов эпибатидина. Tetrahedron Lett. , 37, 3911–3914 (1996).

    Артикул
    CAS

    Google Scholar

  • Манн Дж. И Барбоса, Л.К. де А., Эффективный путь к алкалоидам тропана. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1. С. 787–789 (1992).

    Артикул

    Google Scholar

  • Пандей Г., Багул Т. Д. и Саху А.К., [3 + 2] Циклоприсоединение нестабилизированных азометин-илидов. Стереоселективный синтез эпибатидина и аналогов. J. Org. Chem. , 63, 760–768 (1998).

    PubMed
    Статья
    CAS

    Google Scholar

  • Сирисома, Н. и Джонсон, С. Р., α-лодоциклоалкеноны: синтез (±) -эпибатидина. Tetrahedron Lett. , 39, 2059–2062 (1998).

    Артикул
    CAS

    Google Scholar

  • Сонессон, К., Лархед, М., Найквист, С. и Холлберг, А., Региохимический контроль и подавление изомеризации двойной связи при арилировании Хека 1- (метоксикарбонил) -2,5-дигидропиррола. J. Org. Chem. , 61, 4756–4763 (1996).

    PubMed
    Статья
    CAS

    Google Scholar

  • Спанде, Т. Ф., Гарраффо, Х. М., Эдвардс, М. В., Ич, Х. Дж. С., Паннел, Л. и Дейли, Дж. У., Эпибатидин: новый (хлорпиридил) азабициклогептан с сильным обезболивающим действием, полученный из ядовитой лягушки Эквадора. J. Am. Chem. Soc. , 114, 3475–3478 (1992).

    Артикул
    CAS

    Google Scholar

  • Zhang C., Gyermek, L. и Trudell, M. L. Синтез оптически чистых аналогов эпибатидина. Tetrahedron Lett. , 38, 5619–5622 (1997).

    Артикул
    CAS

    Google Scholar

  • Алканы: молекулярные и структурные формулы

    Алканы: молекулярные и структурные формулы

    Алканы представляют собой ряд соединений, состоящих из атомов углерода и водорода с одинарными ковалентными связями.Эта группа соединений включает гомологический ряд с общей молекулярной формулой C n H 2 n +2 , где равно любому целому числу.

    Простейший алкан, метан, имеет один атом углерода и молекулярную формулу CH 4 . Поскольку это соединение содержит только одинарные ковалентные связи, его структурная формула

    В более длинных молекулах алканов дополнительные атомы углерода связаны друг с другом простыми ковалентными связями.Каждый атом углерода также присоединен к достаточному количеству атомов водорода, чтобы образовать в общей сложности четыре одиночные ковалентные связи вокруг себя. Таким образом, октан, восьмиуглеродный алкан, имеет молекулярную формулу C 8 H 18 и структурную формулу

    Алкильные группы. Когда заместитель, такой как галоген или гидроксигруппа, связывается с молекулой алкана, одна из углерод-водородных связей молекулы превращается в связь углерод-заместитель. Например, когда метан реагирует с хлором, образуется новое соединение, называемое хлорметаном (или хлористым метилом).Это новое соединение содержит группу CH 3 , связанную с атомом хлора.

    Алкан с водородом, удаленным от одной связи, называется алкильной группой. Алкильные группы часто обозначаются буквой R , так же как галогены часто обозначаются буквой X. Реакция метан-хлор может быть обобщена как

    Часто химики-органики используют эти типы представлений для обсуждения обобщенных реакций.

    Изомеры. Алкильные группы могут существовать в более чем одной изомерной форме. Например, пропан алкан имеет два изомера алкила.

    Эти изомеры отличаются друг от друга типом углерода, который потерял водород с образованием алкильной группы. Атомы углерода классифицируются как первичные (1 °), вторичные (2 °) или третичные (3 °), в зависимости от числа атомов углерода, к которым они присоединены. Первичный углерод непосредственно присоединен только к одному другому атому углерода.Вторичный и третичный атомы углерода присоединены к двум и трем другим атомам углерода соответственно.

    На приведенной выше диаграмме изомеров пропана группа слева является первичной (1 °) пропильной группой, а группа справа — вторичной (2 °) пропильной группой. Бутилы (алканы с четырьмя атомами углерода) имеют три изомерные группы. Структуры и названия этих групп

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.