Ученые исследовали взаимодействие фермента фицина с производными растительного полимера целлюлозы, чтобы понять, как создание такого комплекса повлияет на активность и стабильность соединения. Авторы выяснили, что подобный метод иммобилизации, то есть прикрепления фермента к биополимеру, может увеличить активность фицина до 306% и его стабильность при изменениях температуры и кислотности среды. Это позволит эффективнее использовать фицин в промышленности и медицине. Исследование опубликовано в журнале Polymers.
Цистеиновые протеазы — это группа ферментов, которые участвуют в расщеплении белков. К ним относится фицин. Он сравнительно дешевый и обладает хорошими ферментативными свойствами, поэтому удобен для применения в промышленности. Однако в растворе фицин нестабилен. Для решения этой проблемы ученые применяют метод иммобилизации — прикрепление ферментов к биополимерам. Поскольку фицин широко используется в биомедицине и биотехнологии, средства для его иммобилизации должны быть нетоксичными, биосовместимыми и дешевыми.
Целлюлоза — распространенный биополимер, который образуется в растениях, микроорганизмах и водорослях. Природная целлюлоза представляет собой волокнистое и нерастворимое в воде вещество. В результате химической модификации целлюлозы можно получить натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ). Na-КМЦ образует высоковязкие растворы и эластичные пористые пленки, которые безопасны для организма и совместимы с биологическими системами. Поэтому исследователи рассматривают использование Na-КМЦ для создания лекарственных препаратов и иммобилизации ферментов.
Ученые из Воронежского государственного университета с помощью современных методов инфракрасной спектроскопии и молекулярного докинга — моделирования, которое позволяет предсказать структуру образовавшихся молекул, исследовали взаимодействие натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы и ее производных с цистеиновой протеазой фицином, чтобы определить, как происходит образование комплекса этих молекул. Авторы также измерили ферментативную активность полученных иммобилизованных соединений.
Исследователи обнаружили, что в результате взаимодействия Na-КМЦ и ее производных с фицином в ферменте образуются дополнительные внутримолекулярные связи, которые повышают его стабильность. Через 168 часов иммобилизованные соединения сохранили более 50% своей активности, в то время как нативный фермент всего около 10%. Помимо этого, изменение структуры фицина и соединение с биополимерами создают более каталитически выгодное положение молекулы, что выражается в усилении активности иммобилизованного фицина (128% и 306% активности) по сравнению с природным аналогом (100% активности). Также полученные иммобилизованные составы характеризуются многоразовостью, более длительным сроком хранения, большей устойчивостью к изменениям температуры и pH раствора — это мера определения кислотности водных растворов. Нативный фицин снижает свою активность при 70 градусах и нейтральной кислотности сред (pH=7), тогда как иммобилизованные формы сохраняют более 40% протеолитической активности.
Таким образом, иммобилизация фицина с Na-КМЦ улучшает характеристики фермента и делает его привлекательным сырьем для промышленных и биомедицинских технологий, предоставляя более стабильный, активный и удобный в использовании продукт.
Автор: Дария Пляченко.
Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
