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