Особенности взаимодействия лизоцима с блок-сополимерами PGLU–PEG

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследовано взаимодействие лизоцима белка куриного яйца с блок-сополимерами поли(L-глутаминовой кислоты натриевой соли) и полиэтиленгликоля (PGLU10–PEG, PGLU100–PEG) в водной среде и на границе вода–воздух. При проведении исследований применяли широкий спектр физико-химических методов: турбидиметрия, тензиометрия, флуориметрия, КД-спектроскопия, электрофоретическое светорассеяние, просвечивающая электронная микроскопия. Обнаружено, что на границе вода–воздух возможно образование смешанных адсорбционных слоев при мольных соотношениях блок-сополимер: фермент, не превышающих 2 : 1. В водной среде возможно образование комплексов блок-сополимера PGLU10–PEG и лизоцима со структурой типа ядро–оболочка и комплексов блок-сополимера PGLU100–PEG: лизоцим состава 1 : 1 или 2 : 1 (по молям). Возможность регулировать свойства продуктов взаимодействия фермента и блок-сополимеров позволяет разрабатывать стратегии получения антибактериальных препаратов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. Ю. Филатова

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: luboff.filatova@gmail.com

Химический факультет

Россия, Ленинские горы, д. 1, стр. 3, Москва, 119991

Н. Г. Балабушевич

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Email: luboff.filatova@gmail.com

Химический факультет

Россия, Ленинские горы, д. 1, стр. 3, Москва, 119991

Список литературы

  1. Basso А., Serban S. Industrial applications of immobilized enzymes–A review // Molecular Catalysis. 2019. V. 479. P. 110607. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2019.110607
  2. Dong–Mei L.,Chen D. Recent advances in nano–carrier immobilized enzymes and their applications // Process Biochemistry. 2020. V. 92. P. 464–475. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2020.02.005
  3. Bilal M., Hussain N., Heloisa J., Américo–Pinheiro P., Almulaiky Y., Iqbal H.M.N. Multi–enzyme co–immobilized nano–assemblies: Bringing enzymes together for expanding bio–catalysis scope to meet biotechnological challenges // International Journal of Biological Macromolecules. 2021. V. 186. P. 735–749. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.07.064
  4. Tan Z., Cheng H., Chen G., Ju F., Fernández–Lucas J., Zdarta J., Jesionowski T., Bilal M. Designing multifunctional biocatalytic cascade system by multi–enzyme co–immobilization on biopolymers and nanostructured materials // International Journal of Biological Macromolecules. 2023. V. 227. P. 535–550. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.12.074
  5. Wu F.G., Jiang Y.W., Chen Z., Yu Z.W. Folding behaviors of protein (lysozyme) confined in polyelectrolyte complex micelle // Langmuir. 2016. V. 32. № 15. P. 3655–3664. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.6b00235
  6. Zhao Y., Haney M.J., Klyachko N.L., Li S., Booth S.L., Higginbotham S.M., Jones J., Zimmerman M.C., Lee Mosley R., Kabanov A.V., Gendelman H.E., Batrakova E.V. Polyelectrolyte complex optimization for macrophage delivery of redox enzyme nanoparticles // Nanomedicine. 2011. V. 6. № 1. P. 25–42. https://doi.org/10.2217/nnm.10.129
  7. Lee Y., Ishii T., Cabral H., Kim H.J., Seo J–H., Nishiyama N., Oshima H., Osada K., Kataoka K. Charge–conversional polyionic complex micelles – efficient nanocarriers for protein delivery into cytoplasm // Angewante Chemie International Edition. 2009. V. 48. № 29. P. 5309–5312. https://doi.org/10.1002/anie.200900064
  8. Jundi A. El., Buwalda S.J., Bakkour Y., Garric X., Nottelet B. Double hydrophilic block copolymers self–assemblies in biomedical Applications // Advances in Colloid and Interface Science. 2020. V. 283. P. 102213. https://doi.org/10.1016/j.cis.2020.102213
  9. Yuan X., Yamasaki Y., Harada A., Kataoka K. Characterization of stable lysozyme–entrapped polyion complex (PIC) micelles with crosslinked core by glutaraldehyde // Polymer. 2005. № 18. V. 46. P. 7749–7758. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2005.02.121
  10. Harada A., Kataoka K. Novel polyion complex micelles entrapping enzyme molecules in the core: preparation of narrowly–distributed micelles from lysozyme and poly(ethylene glycol)–poly(aspartic acid) block copolymer in aqueous medium // Macromolecules. 1998. V. 31. № 2. P. 288–294. https://doi.org/10.1021/ma971277v
  11. Ferraboschi P., Ciceri S., Grisenti P. Applications of lysozyme, an innate immune defense factor, as an alternative antibiotic // Antibiotics. 2021. V. 10. № 12. P. 1534. https://doi.org/10.3390/antibiotics10121534
  12. Liu Y., Sun Y., Xu Y., Feng H., Fu S., Tang J., Liu W., Sun D., Jiang H., Xu S. Preparation and evaluation of lysozyme–loaded nanoparticles coated with poly–γ–glutamic acid and chitosan // International Journal of Biological Macromolecules. 2013. V. 59. P. 201–207. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2013.04.065
  13. Vilcacundo R., M´endez P., Reyes P., Romero H., Pinto A., Carrillo W. Antibacterial activity of hen egg white lysozyme denatured by thermal and chemical treatments // Scientia Pharmaceutica. 2018. V. 86. № 4. P. 48. https://doi.org/10.3390/scipharm86040048
  14. Cegielska–Radziejewska R., Le´snierowski G., Kijowski J. Properties and application of egg white lysozyme and its modified preparations – a review // Polish Journal of Food and Nutrition Sciences. 2008. V. 58. № 1. P. 5–10.
  15. Aminlari L., Mohammadi Hashemi M., Aminlari M. Modified lysozymes as novel broad spectrum natural antimicrobial agents in foods // Journal of Food Science. 2014. V. 79. № 6. P. R1077–R1090. https://doi.org/10.1111/1750-3841.12460
  16. Avila M., G´omez–Torres N., Hern´andez M., Garde S. Inhibitory activity of reuterin, nisin, lysozyme and nitrite against vegetative cells and spores of dairy–related Clostridium species // International Journal of Food Microbiology. 2014. V. 172. P. 70–75. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2013.12.002
  17. Tihonov M.M., Kim V.V., Noskov B.A. Impact of a reducing agent on the dynamic surface properties of lysozyme solutions // Journal of Oleo Sciences. 2016. V. 65. № 5. P. 413–418. https://doi.org/10.5650/jos.ess15247
  18. Миляева О.Ю. Динамические поверхностные свойства растворов комплексов белков и полиэлектролитов. Дисс. канд. хим. наук. 2015.
  19. Ishimuro Y., Ueberreiter K. The surface tension of poly(acrylic acid) in aqueous solution // Colloid and polymer Science. 1980. V. 258. P. 928–931. https://doi.org/10.1007/BF01584922
  20. Айдарова С.Б., Алимбекова Г.К., Оспанова Ж.Б., Мусабеков К.Б., Миллер Р. Поверхностное натяжение водных растворов поливинилового спирта и его бинарных смесей с Тритоном Х-100 // Известия Национальной Академии Наук Республики Казахстан. Серия химии и технологии. 2012. № 2. С. 49–55.
  21. Файнерман В.Б. Кинетика формирования адсорбционных слоев на границе раздела раствор–воздух // Успехи химии. 1985. Т. 54. № 10. С. 1613-1631. https://doi.org/10.1070/RC1985v054n10ABEH003150
  22. Guseman A.J., Speer S.L., Perez Goncalves G.M., Pielak G.J. Surface–charge modulates protein–protein interactions in physiologically–relevant environments // Biochemistry. 2018. V. 57. № 11. P. 1681–1684. https://doi.org/10.1021/acs.biochem.8b00061
  23. Filatova L., Emelianov G., Balabushevich N., Klyachko N. Supramolecular assemblies of mucin and lysozyme: Formation and physicochemical characterization // Process Biochemistry. 2022. V. 113. P. 97–106. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2021.12.022
  24. Shin S.H.R., McAninch P.T., Henderson I.M., Gomez A., Greene A.C., Carnes E.C., Paxton W.F. Self–assembly/disassembly of giant double–hydrophilic polymersomes at biologically–relevant pH // Chemical Communications Journal. 2018. V. 54. № 65. P. 9043–9046. https://doi.org/10.1039/C8CC05155K
  25. D’Auria S., Staiano M., Kuznetsova I.M., Turoverov K.K. The combined use of fluorescence spectroscopy and X–ray crystallography greatly contributes to elucidating structure and dynamics of proteins // Reviews in Fluorescence 2005. Boston: Springer, 2007. https://doi.org/10.1007/0-387-23690-2_2
  26. Chen B., Zhang H., Xi W., Zhao L., Liang L., Chen Y. Unfolding mechanism of lysozyme in various urea solutions: Insights from fluorescence spectroscopy // Journal of Molecular Structure. 2014. V. 1076. P. 524–528. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2014.08.023
  27. Blake C.C., Koenig D.F., Mairv G.A., North A.C., Phillips D.C., Sarma V.R. Structure of hen egg–white lysozyme: A three–dimensional Fourier synthesis at 2 Å resolution // Nature. 1965. V. 206. № 4986. P. 757–761. https://doi.org/10.1038/206757a0
  28. Filatova L., Balabushevich N., Klyachko N. A physicochemical, structural, microbiological and kinetic study of hen egg white lysozyme in complexes with alginate and chitosan // Biocatalysis and Biotransformation. 2022. V. 40. № 5. P. 327–340. https://doi.org/10.1080/10242422.2021.1909001

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Изотермы поверхностного натяжения для растворов блок-сополимеров PGLU10–PEG (а), PGLU100–PEG (б) в свободном состоянии и в смеси с лизоцимом (7.0 · 10–6 М) в водной среде при 25°С. Серые значки – лизоцим, черные значки – блок-сополимеры, белые значки – смеси лизоцима и блок-сополимеров.

Скачать (113KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость рН среды смесей лизоцима с блок-сополимерами от концентрации блок-сопо‑ лимера. Черные столбцы – лизоцим с PGLU10–PEG, белые столбцы – лизоцим с PGLU100–PEG.

Скачать (91KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость ζ-потенциала смесей лизоцима с блок-сополимерами от концентрации блок-сопо‑ лимера. Черные столбцы – лизоцим с PGLU10–PEG, белые столбцы – лизоцим с PGLU100–PEG. Планки погрешностей обозначают разброс среднего значения ζ-потенциала.

Скачать (80KB)
Метаданные
5. Рис. 4. ПЭМ–изображения и распределения частиц по размерам для блок-сополимера PGLU100–PEG (а) и лизоцима с блок-сополимером PGLU100–PEG, Z 18 : 1 (б).

Скачать (450KB)
Метаданные
6. Рис. 5. ПЭМ-изображения и распределения частиц по размерам для блок-сополимера PGLU10–PEG (а) и лизоцима с блок-сополимером PGLU10–PEG, Z 18 : 1 (б).

Скачать (367KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Влияние блок-сополимеров на положение максимума интенсивности флуоресценции лизоцима (а), вли‑ яние блок-сополимеров на интенсивность максимума флуоресценции лизоцима (б). Черные значки – лизоцим с PGLU10–PEG, белые значки – лизоцим с PGLU100–PEG. λmax – длина волны максимума интенсивности флуорес‑ ценции; RFU0 – число единиц флуоресценции лизоцима при длине волны 339 нм (при λmax); RFU – число единиц интенсивности флуоресценции лизоцима с блок-сополимером при длине волны 339 нм. RFU0/RFU (λmax) – от‑ ношение величины интенсивности максимума флуоресценции свободного лизоцима к величине интенсивности флуоресценции лизоцима с блок-сополимером при длине волны 339 нм.

Скачать (149KB)
Метаданные
8. Рис. 7. КД-спектры свободного лизоцима и фермента в составе ассоциатов с блок-сополимерами PGLU10–PEG, PGLU100–PEG. Черная линия – свободный лизоцим, черный пунктир – лизоцим с PGLU100–PEG (Z 18 : 1), серый пунктир – лизоцим с PGLU10–PEG (Z 18 : 1).

Скачать (61KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Влияние блок-сополимеров на активность лизоцима. Черные столбцы – лизоцим с PGLU10– PEG, белые столбцы – лизоцим с PGLU100–PEG.

Скачать (87KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах