Іммобілізація уреази на сферичних полісилоксанових носіях з біфункціональним поверхневим шаром

R. P. Pogorilyi; I. V. Melnyk; Yu. L. Zub

R. P. Pogorilyi Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
I. V. Melnyk Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
Yu. L. Zub Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України

Анотація

З використанням реакції гідролітичної співполіконденсації тетраетоксисилану, 3-амінопропілтриетоксисилану та метилтриетоксисилану синтезовано біфункціональні кремнеземні мікросфери. На поверхні одержаних носіїв шляхом адсорбції іммобілізовано уреазу. Крім того, з метою порівняння уреазу іммобілізовано також і методом включення під час перебігу реакції гідролітичної поліконденсації алкоксисиланів. Встановлено, що найвищий ступінь зв'язування (99%) та збереження активності (18%) спостерігається при іммобілізації уреази шляхом включення.

Посилання

Zhai R., Zhang B., Liu L., Xie Y., Zhang H., Liu J. Immobilization of enzyme biocatalyst on natural halloysite nanotubes // Catalysis Communications. – 2010. – V. 12. – P. 259–263.

Betancor L., Luckarift H.R. Bioinspired enzyme encapsulation for biocatalysis // Trends Biotechnol. – 2008. – V. 26. – P. 566–572.

Theron J., Walker J.A., Cloete T.E. Nanotechnology and water treatment: applications and emerging opportunities // Crit. Rev. Microbiol. – 2008. – V. 34. – P. 43-69.

Rusmini F., Zhong Z., Feijen J. Protein Immobilization Strategies for Protein Biochips // Biomacromolecules. – 2007. – V. 8. – P. 1775–1789.

Kato K. Nakagaki Sh., Nishida M., Hirao K. Enzyme encapsulation in silica particles prepared using enzyme-assisted sol–gel reactions in ionic liquids // Journal of the Ceramic Society of Japan. – 2011. – V. 119(2). – P. 140-143.

Aim C., Coradin Th. Nanocomposites from biopolymer hydrogels: blueprints for white biotechnology and green materials chemistry // Journal of polymer science part B: Polymer physics. – 2012. – V. 50. – P. 669–680.

Parlak M., Ustek D., Tanriseven A. A novel method for covalent immobilization of dextransucrase // Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic. – 2013. – V. 89. – P. 52– 60.

Ruiz-Hitzky E., Aranda P., Darder M., Ogawa M. Hybrid and biohybrid silicate based materials: molecular vs. block-assembling bottom–up processes // Hide Affiliations Corresponding authors Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC, Cantoblanco, 28049-Madrid, Spain Department of Earth Sciences, Waseda University, Nishiwaseda 1, Tokyo 169-8050, Japan Chem. Soc. Rev. – 2011. V. 40. – P. 801-828.

Ariga K., Vinu A., Yamauchi Y., Ji Q., Hill J.P. Nanoarchitechtonics for mesoporous materials // J. P. Bull. Chem. Soc. Jpn. – 2012. – V. 85. – P. 1–32.

Corici L.N., Frissen A.E., Zoelen D.J., Eggen I.F., Petera F., et al. Sol–gel immobilization of alcalase from bacillus licheniformis for application in the synthesis of C-terminal peptide amides // Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic. – 2011. V. 73. – P. 90– 97.

Sahoo B., Sahu S.K., Pramanik P. A novel method for the immobilization of urease on phosphonate grafted iron oxide nanoparticle // Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic . – 2011. – V. 69. Р. 95–102

Iler R.K. The chemistry of silica: solubility, polymerization, colloid and surface properties, and biochemistry. – New York: Wiley, 1979. – 896 р.

Koutsopoulos S., Patzsch K., Bosker W.T.E., Norde W. Adsorption of trypsin on hydrophilic and hydrophobic surfaces // Langmuir. – 2007. V. 23. – P. 2000–2006.

Hossain K., Monreal C.M., Sayari A. Adsorption of urease on PE-MCM-41 and its catalytic effect on hydrolysis of urea // Colloids Surf. – 2008. – V. 62 (B). – P. 42–50.

Avnir D, Coradin T, Lev O, Livage J. Recent bio-applications of sol–gel materials // J Mater Chem. – 2006. V. 16. – P. 1013–1030.

Reetz M.T, Tielmann P, Wiesenhofer W, Konen W, Zonta A. Second generation sol–gel encapsulated lipases: robust heterogeneous biocatalysts // Adv Synth Catal. – 2003. – V. 345. – P. 717–28.

Погорілий Р.П., Гончарик В.П., Кожара Л.І., Зуб Ю.Л., Чуйко О.О. Порівняльна характеристика активності уреази, включеної в полісилоксанові гідрогелі та ксерогелі, одержані золь-гель методом // Укр. біохім. журн. – 2006. – Том. 78, № 1. – С. 94-101.

Gabrovska K., Georgieva A., Godjevargova T., Stoilova O., Manolova N. Poly(acrylonitrile) chitosan composite membranes for urease immobilization // J. Biotechnol. – 2007. – V. 129. – P. 674–680.

Yu A., Liang Z., Caruso F. Enzyme multilayer-modified porous membranes as biocatalysts // Chem. Mater. – 2005. V. 17. – P. 171–175.

Погорилiй Р.П., Гончарик В.П., Кожара Л.І., Зуб Ю.Л. Вплив структурно-aдсорбційних характеристик полісилоксанових матриць, що містять в поверхневому шарі 3-амінопропільні групи, на активність адсорбованої уреази // Поверхня. – 2009. – Вип. 1(16). – С. 35 - 45.

Mobley H.L.T., Cortesia M.J., Rosenthal L.E., Jones B.D. Characterization of urease from Campylobacter pylori // J. Clin. Microbiol. 26 (1988) 831–836.

Gabrovska K., Ivanov J., Vasileva I., Dimova N., Godjevargova T. Immobilization of urease on nanostructured polymer membrane and preparation of urea amperometric biosensor // International Journal of Biological Macromolecules. – 2011. V. 48. – P. 620–626.

Rick W. Klinische Chemie und Mikroskopie. – Berlin: Springer Verlag, 1990. – pp. 245 – 247.

Погорілий Р.П., Гончарик В.П., Зуб Ю.Л., Іммобілізація уреази на полі(3-меркаптопропіл)силоксанових носіях // Поверхность. 2011. Вып. 3(18). С. 132–141.

Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. – М.: Химия, 1984. – 330 с.

Khatib I.S. and Parish R.V. Insoluble Ligands and Their Application. I.A Comparison of Silica-immobilized Ligands and Functionalized Polysiloxanes // J. Organomet. Chem. – 1989. – V. 369. – P. 9 – 16.

Добрянская Г.И., Мельник И.В., Зуб Ю.Л., Чуйко А.А., Барчак М., Дабровский А. Влияние соотношения Si(OC₂H₅)₄/(CH₃O)₃Si(CH₂)₃SH на структурно-адсорбционные характеристики образующихся ксерогелей и доступность функциональных групп в их поверхностном слое // Журнал физической химии. – 2006. – Т. 80 №6. – C. 1071–1077.

Venton D.L., Gudipati E. Entrapment of enzymes using organo-functionalized polysiloxane copolymers // Boichimica et biophysica acta. – 1995. – V. 1250. – P. 117-125.

Melnyk I.V., Fatnassi M., Cacciaguerra T., Zub Yu.L., Alonso B. Spray-dried porous silica microspheres functionalised by phosphonic acid groups // Microporous and Mesoporous Materials. – 2012. – V. 152. – P. 172–177.

Daimay Lin-Vien, N.B. Colthup, W. G. Fateley, J.G. Grasselli. The Handbook of Infrared and Raman Characteristic Frequencies of Organic Molecules. – London: Academic Press, 1991. – 503 p.

Смит А. Прикладная ИК-спектроскопия, – М.: Мир, 1982. – 328 с.

Giles C.H., MacEwan T.H., Nakhwa S.N. et al. System of Classification of Solution Adsorption Isotherms, and its Use in Diagnosis of Adsorption Mechanisms and in Measurement of Specific Surface Areas of Solids // J.Chem. Soc. – 1960. – No. 10. – Р. 3973-3993.

Погорилый Р.П., Гончарик В.П., Кожара Л.І., Зуб Ю.Л. Ковалентная иммобилизация уреазы на полисилоксановых матрицах, собержащих 3-аминопропильные и 3-меркаптопролильные групы // Прикладная биохимия и микробиология. – 2008. – Т. 44. – № 6. – С. 621 - 625.

Tsapikouni Th. S., Missirlis Y.F. Protein-material interactions: From micro-to-nano scale // Mat. Sci. Eng. BV. – 2008. – V. 152. – Р. 2–7.