Закономерности адсорбционной иммобилизации инулиназы на волокнистых полиэлектролитах АК-22, АК-22-1, К-1, К-4, К-5

  • Марина Геннадьевна Холявка Воронежский государственный университет, Воронеж
  • Анастасия Николаевна Дубовицкая Воронежский государственный университет, Воронеж
  • Фархат Адильжанович Сакибаев Воронежский государственный университет, Воронеж
  • Ирина Викторовна Шкутина Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет, Санкт-Петербург
  • Наталья Владимировна Мироненко Воронежский государственный университет, Воронеж
  • Владимир Федорович Селеменев Воронежский государственный университет, Воронеж
  • Валерий Григорьевич Артюхов Воронежский государственный университет, Воронеж
Ключевые слова: инулиназа, иммобилизация, адсорбция, гетерогенный катализатор, каталитическая активность.

Аннотация

Инулиназы (КФ 3.2.1.7 и 3.2.1.80) представляют собой гидролитические ферменты, которые разрушают β-1,2-фруктановые связи. Эти биокатализаторы широко используются в промышленном производстве фруктозы, фруктозных сиропов и фруктоолигосахаридов. Однако применение свобод-ных форм ферментов имеет ряд недостатков: низкая термостабильность, сложность разделения мак-ромолекул биокатализатора и конечного продукта, невозможность повторного использования. Ука-занные проблемы могут быть решены путем иммобилизации ферментов на нерастворимых носителях. В связи с вышеизложенным, целью работы было изучение закономерностей адсорбционной иммоби-лизации инулиназы на волокнистых полиэлектролитах.
Проведена адсорбционная иммобилизация инулиназы на волокнистых полиэлектролитах АК-22, АК-22-1, К-1, К-4 и К-5. Исследовано влияние продолжительности процесса сорбции на количе-ство иммобилизованного белка и активность гетерогенного катализатора. Адсорбция становится мак-симальной через 4 часа при концентрации раствора инулиназы 1∙10-7 моль/дм3 и через 2 часа при кон-центрациях 5∙10-7 и 1∙10-6 моль/дм3. Самая высокая каталитическая способность иммобилизованного фермента соответствует наибольшему количеству сорбированного белка. Активность гетерогенного биокатализатора составляет от 44.5 до 71.2% от активности нативного фермента.
Установлено, что в начальный момент процесса иммобилизации идет активное образование ассоциатов белка, в результате чего его сорбция резко возрастает, и на кинетической кривой появля-ется максимум. Однако со временем происходит выделение фермента в фазу растворителя, и на кине-тической кривой наблюдается спад. Процесс десорбции на этом этапе возможен из-за малой энергии взаимодействия между молекулами сорбата и сорбента и, следовательно, слабого закрепления моле-кул белка на полимере-носителе. Затем, с течением времени, адсорбция становится необратимой. Та-ким образом, с увеличением продолжительности реакции изменялась не только структура образую-щихся полиэлектролитных комплексов, но и их состав: в процессе перестройки комплексов происхо-дит выделение части молекул белка в раствор. Ассоциаты макромолекул инулиназы (при ее концен-трациях в растворе 1∙10-7, 5∙10-7 и 1∙10-6 моль∕дм3), по-видимому, сорбируются только на поверхности носителя, что обеспечивает доступность активных центров фермента и, как следствие, высокую ката-литическую активность иммобилизованного ферментного препарата.
С помощью метода инфракрасной спектроскопии было обнаружено, что иммобилизация ину-линазы происходит вследствие реализации слабых водородных связей и электростатических взаимо-действий между ферментом и носителем.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Марина Геннадьевна Холявка, Воронежский государственный университет, Воронеж

д.б.н.. доцент кафедры биофизики и биотехнологии, Воронежский государственный университет, Воронеж

Анастасия Николаевна Дубовицкая, Воронежский государственный университет, Воронеж

студент кафедры биофизики и биотехнологии, Воронежский государственный университет, Воронеж

Фархат Адильжанович Сакибаев, Воронежский государственный университет, Воронеж

аспирант кафедры биофизики и биотехнологии, Воронежский государственный университет, Воронеж

Ирина Викторовна Шкутина, Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет, Санкт-Петербург

к.б.н., доцент кафедры общей и медицинской химии им. проф. В.В. Хорунжего, Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет, Санкт-Петербург

Наталья Владимировна Мироненко, Воронежский государственный университет, Воронеж

к.х.н., ассистент кафедры аналитической химии, Воронежский государственный университет, Воронеж

Владимир Федорович Селеменев, Воронежский государственный университет, Воронеж

д.х.н., профессор кафедры аналитической химии, Воронежский государственный университет, Воронеж

Валерий Григорьевич Артюхов , Воронежский государственный университет, Воронеж

д.б.н., профессор, зав. кафедрой биофизики и биотехнологии, Воронежский государственный университет, Воронеж

Литература

Neeraj G., Ravi S., Somdutt R., Ravi S.K. e, Critical Reviews in Biotechnology, 2018, Vol. 38, No 3, pp. 409-422. DOI: 10.1080/07388551.2017.1359146

Kholyavka M.G., Kovaleva T.A., Khru-pina E.A., Volkova S.A. et al., Biotechnology in Russia, 2012, No 6, pp. 31-41

Abelyan V.A., Manukyan L.S., Biochem-istry (Moscow), 1996, 61 (6), pp. 737-742.

Kovaleva T.A., Selemenev V.F., Shmyreva Zh.V., «Fiziko-khimicheskie osnovy funktsionirovaniya belkov i ikh kompleksov», materialy mezhdunarodnogo simpoziuma, Vo-ronezh, 1995, pp. 68-72.

Shatilova T.I., Sokolova O.S., Belopu-khov S.L., Semko V.T. et al., Vestnik Ka-zanskogo tekhnologicheskogo universiteta, 2015, Vol. 18, No 16, pp. 301-303.

Flores A.C., Morlett J.A., Rodriguez R., Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2016, Vol. 56, pp. 1893-1902.

Kang S., Chang Y.J., Oh S.J., Kim S., Bi-otechnol. Lett., 1998, Vol. 20, pp. 983-986.

Nakamura T., Ogata Y., Shitara A., Ohta K., J. Ferment. Bioeng., 1995, Vol. 80, pp. 164-169.

Pessoni R.A., Tersarotto C.C., Mateus C.A., Zerlin J.K et al., Springer Plus, 2015, Vol. 4, pp. 487. DOI 10.1186/s40064-015-1298-7

Abelyan V.A., Manukyan L.S., Priklad-naya biokhimiya i mikrobiologiya, 1992, Vol. 28, No 3, pp. 356-361.

Tertychnaya T.N. Avtoreferat dissertatsii na soisk. step. kand. biol. nauk,. Voronezh, 1994, 24 p.

Artyukhov V.G., Kovaleva T.A., Kho-lyavka M.G., Bityutskaya L.A. et al., Biophy-sics, 2009, Vol. 54, No 6, pp. 675-680. DOI: 10.1134/S0006350909060025

Kovaleva T.A., Kholyavka M.G., Takha A.S., Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy, 2007, Vol. 7, No 5, pp. 804-810.

Artyukhov V.G., Holyavka M.G., Ko-valeva T.A., Biophysics, 2013, Vol. 58, No 4, pp. 493-501. DOI: 10.1134/S0006350913040039

Shkutina I.V., Stoyanova O.F., Sele-menev V.F., Sorbtsionnye i khromatografiches-kie protsessy, 2017, Vol. 17, No 2, pp. 285-290.

Berezin I.V., Martinek K. Vvedenie v prikladnuyu enzimologiyu, M., Izd-vo Mosk. Un-ta, 1982, 384 p.

Berezin I.V., Antonov V.K., Martinek K., Immobilizovannye fermenty. Sovremennoe sos-toyanie i perspektivy. M., Izd-vo MGU, 1976, Vol. 2, 358 p.

Kulis Yu.Yu. Analiticheskie sistemy na osnove immobilizovannykh fermentov, Vil'nyus, Mokslas, 1981, 200 p.

Holyavka M.G., Artyukhov V.G., Kon-dratyev M.S., Samchenko A.A. et al., Comput-ers in Biology and Medicine, 2016, Vol. 71, pp. 198-204. DOI: 10.1016/j.compbiomed. 2016.02.015

Shunkevich A.A., Sorbtsionnye i khroma-tograficheskie protsessy, 2001, Vol. 1, No 5, pp. 754-763.

Polikarpov A.P., Shunkevich A.A., Grachek V.I., Medyak G.V., Rossiiskii khimich-eskii zhurnal, 2015, Vol. 59, No 3, pp. 102-111.

Soldatov V.S., Sosinovich Z.I., Kim T.I., Russian journal of physical chemistry a: focus on chemistry, 1996, Vol. 70, No 7, pp. 1332-1334.

Kovaleva T.A., Holyavka M.G., Bog-danova S.S., Bulletin of experimental biology and medicine, 2009, Vol. 148, No 1, pp. 39-41.

Kovaleva T.A., Avtoreferat dissertatsii na soisk. step. dok. biol. nauk, Voronezh, 1998, 48 p.

Soldatov V.S., Sergeev G.I., Martsinkevich R.V., Zhurnal prikladnoi khimii, 1988, Vol. 61, No 1, pp. 46-50.

Kochetov G.A. Prakticheskoe rukovodstvo po enzimologii. M., Vysshayash-kola, 1980, 272 p.

Filippovich Yu.B. Osnovybiokhimii, M., Vysshayashkola, 1993, 496 p.

Kholyavka M.G. Avtoreferat dissertatsii na soisk. step. kand. biol. nauk, Voronezh, 2010, 24 p.

Ermakov A.I., Arasimovich V.V., Yarosh N.P. et al. Metody biokhimicheskogo issledo-vaniya rastenii. L., Agropromizdat, 1987, 429 p.

Kovaleva T.A., Holyavka M.G., Voprosy biologicheskoj, medicinskoj i farmacevticheskoj himii, 2011, No 1, pp. 3-7.

Rudometova N.V., Efimova T.B., Glazu-nova N.V., Prikladnaya biokhimiya i mikrobi-ologiya, 1992, Vol. 28, No 5, pp. 694-697.

Skokova I.F., Yudanova T.N., Virnik A.D., Prikladnaya biokhimiya i mikrobiologiya, 1997, Vol. 33, No 1, pp. 38-42.

Shkutina I.V., Stoyanova O.F., Sele-menev V.F., Vestnik VGU. Seriya: Himiya, Bi-ologiya, Farmaciya, 2004, No 1, pp. 110-113.

Shkutina I.V., Stoyanova O.F., Sele-menev V.F., Merkulova Yu.D., Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy, 2004, Vol. 4, No 4, pp. 422-427.

Shkutina I.V., Stoyanova O.F., Lunina V.V., Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy, 2009, Vol. 9, No 2, pp. 247-253.

Gantman A.I., Butenko T.Y., Russian journal of physical chemistry a: focus on che-mistry, 1986, Vol. 60, No 2, pp. 460-463.

Selemenev V.F., dissertacija doktora him. nauk. Voronezh, 1993, 568 p.

Rudakova L.V., Selemenev V.F., Ruda-kov O.B., Kuduhova I.G. et al., Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy, 2013, Vol. 13, No 5, pp. 676-686.

Karpov S.I., Matveeva M.V., Selemenev V.F., Russian journal of physical chemistry a: focus on chemistry, 2001, Vol. 75, No 2, pp. 266-271.

Karpov S.I., Selemenev V.F. Matveeva M.V., Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy, 2001, Vol. 1, No 3, pp. 380-385

Kuduhova I.G., Rudakova L.V., Nikitina S.Ju., Rudakov O.B. // Nauchnyj vestnik Voro-nezhskogo gosudarstvennogo arhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Serija: Fiziko-himicheskie problem stroitel'nogo materi-alovedenija i vysokie tehnologii. 2011. № 3-4. S. 117-122.

Dikson M., Uebb E. Fermenty. M., Mir, 1982, Vol. 1, 392 p.

Triven M. Immobilizovannye fermenty. M., Mir, 1983, 213 p.

Poltorak O.M., Pryakhin A.N., Chukhrai E.S., Vestn. Mosk. Un-ta. Ser.2. Khimiya, 1982, Vol. 23, No 6, pp. 527-543.

Chukhrai E.S., Atyaksheva L.F., Poltorak O.M., Russian journal of physical chemistry А, 2002, Vol. 76, No 12, pp. 2251-2254.

Shkutina I.V., Stoyanova O.F., Seleme-nev V.F., Russian journal of physical chemistry А, 2001, Vol. 75, No 10, pp. 1859-1861.

Ivanov A.A., Filipchin G.I., Kirkovskii V.V., Zhurnal prikladnoi spektroskopii, 1989, Vol. 51, No 1, pp. 135-138.

Chirgadze Yu.N. Infrakrasnye spektry i struktura polipeptidov i belkov. M., Nauka, 1965, 135 p.

Kazitsyna L.A., Kupletskaya N.B. Prime-nenie UF-, IK- iYaMR- spektroskopii v or-ganicheskoikhimii. Ucheb. posobiedlyavuzov. M., Vyssh.shk., 1971, 264 p.

Semushin A.M., Yakovlev V.A., Ivanova E.V. Infrakrasny espektry pogloshcheniya ionoobmennykh materialov. L., Khimiya, 1980, 96 p.

Uglyanskaya V.A., Chikin G.A., Sele-menev V.F., Zav'yalova T.A. Infrakrasnayas pektroskopiy aionoobmennykh materialov. Vo-ronezh, Izd-vo VGU, 1989, 208 p.

Опубликован
2020-09-16
Как цитировать
Холявка, М. Г., Дубовицкая, А. Н., Сакибаев, Ф. А., Шкутина, И. В., Мироненко, Н. В., Селеменев, В. Ф., & Артюхов , В. Г. (2020). Закономерности адсорбционной иммобилизации инулиназы на волокнистых полиэлектролитах АК-22, АК-22-1, К-1, К-4, К-5. Сорбционные и хроматографические процессы, 20(4), 523-538. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2020.20/2957

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)