ФОТОПРОТЕКТОРНЫЕ СВОЙСТВА ХИТОЗАНА И СУКЦИНАТА ХИТОЗАНА ПО ОТНОШЕНИЮ К ТРИПСИНУ ПРИ РАЗНЫХ СПОСОБАХ ИММОБИЛИЗАЦИИ ФЕРМЕНТА НА ИХ МАТРИЦЕ

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Установлено, что УФ-облучение в дозах 3020, 4510 и 6040 Дж/м2 приводит к снижению уровня удельной активности свободного трипсина на 28, 32 и 49% соответственно. Адсорбционная иммобилизация на матрице хитозанов с молекулярными массами 200 и 350 кДа, включение в гель хитозана (<100 кДа) и сукцината хитозана способствуют сохранению активности молекулы трипсина на уровне ~90% и выше. При УФ-облучении в диапазоне доз до 6040 Дж/м2 в присутствии фотосенсибилизатора – метиленового синего – в концентрации 10–4 моль/л активность свободного трипсина снижается на 72%. После иммобилизации стабильность ферментного комплекса при названных условиях возрастает: активность трипсина, иммобилизованного на матрице хитозанов с молекулярными массами 200 и 300 кДа, сохраняется на уровне порядка 75%, после включения фермента в гель хитозана (<100 кДа) – до ~50%, сукцината хитозана – до ~70%. Методом молекулярного докинга выявлено, что в образовании связей и взаимодействий между молекулой трипсина и матрицами хитозана и сукцината хитозана принимает участие ряд остатков триптофана, тирозина и фенилаланина, а также два цистина, что, вероятно, предопределяет фотопротекторные свойства названных полисахаридов. С помощью метода ИК-спектроскопии установлено, что после УФ-облучения в присутствии метиленового синего и без него в спектрах трипсина, иммобилизованного на матрицах хитозана и сукцината хитозана, существенных изменений значений волнового числа в области полос амид I, II и III не выявлено, что свидетельствует о поддержании стабильности структуры фермента в составе комплексов с названными полисахаридами.

Об авторах

С. М Панкова

Воронежский государственный университет; Воронежский государственный медицинский университет им. Н.Н. Бурденко

Воронеж, Россия; Воронеж, Россия

М. Г Холявка

Воронежский государственный университет; Севастопольский государственный университет

Email: holyavka@rambler.ru
Воронеж, Россия; Севастополь, Россия

М. С Кондратьев

Воронежский государственный университет; Институт биофизики клетки Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований РАН»

Воронеж, Россия; Пущино, Россия

А. Н Лукин

Воронежский государственный университет

Воронеж, Россия

В. Г Артюхов

Воронежский государственный университет

Воронеж, Россия

Список литературы

  1. Rawlings N. D. and Barrett A. J. Evolutionary families of peptidases. Biochem. J., 290, 205–218 (1993). doi: 10.1042/bj2900205
  2. Kaur J. and Singh P. K. Trypsin detection strategies: a review. Crit. Rev. Anal. Chem., 52 (5), 949–967 (2022). doi: 10.1080/10408347.2020.1846490
  3. Barrett A. J. and Rawlings N. D. Families and clans of serine peptidases. Arch. Biochem. Biophys., 318, 247–250 (1995). doi: 10.1006/abbi.1995.1227
  4. Chen J. S. and Maniwa M. Influence of trypsin on the biological bonding of cartilaginous surface to bone in rabbits. Arch. Orthop. Trauma Surg., 120 (10), 587–591 (2000). doi: 10.1007/s004020000139
  5. Jamal G. A., Jahangirian E., Hamblin M. R., Mirzaei H., Tarrahimofrad H., and Alikowsarzadeh N. Proteases, a powerful biochemical tool in the service of medicine, clinical and pharmaceutical. Prepar. Biochem. Biotechnol., 55 (1), 1–25 (2024). doi: 10.1080/10826068.2024.2364234
  6. Dandona P., Hodson M., Bell J. Ramdial L., Beldon I., and Batten J. C. Serum immunoreactive trypsin in cystic fibrosis. Thorax, 36, 60–62 (1981). doi: 10.1136/thx.36.1.60
  7. Fonseca V., Epstein O., and Katrak A. Serum immunoreactive trypsin and pancreatic lipase in primary biliary cirrhosis. Clin. Pathol. J., 39, 638–640 (1986). doi: 10.1136/jcp.39.6.638
  8. Bode W. Aktivierung, aktivitat und inhibierung des rindertrypsins. Naturwissenschaften. 66 (5), 251–258 (1979). doi: 10.1007/bf00571605
  9. Walsh K. A. Versatility of Proteins. Methods Enzymol., 19, 41–63 (1970).
  10. Evnouchidou I. and Endert P. Peptide trimming by endoplasmic reticulum aminopeptidases: Role of MHC class I binding and ERAP dimerization. Hum. Immunol., 80, 290–295 (2019). doi: 10.1016/j.humimm.2019.01.003
  11. Klasen H. J. A review on the nonoperative removal of necrotic tissue from burn wounds. Burns, 26 (3), 207–222 (2000). doi: 10.1016/s0305-4179(99)00117-5
  12. Панкова С. М., Холявка М. Г., Кондратьев М. С., Вышкворкина Ю. М., Лукин А. Н. и Артюхов В. Г. Матрица хитозана как фотомодулятор для бромелина. Радиац. биология. Радиоэкология, 61 (5), 451–459 (2021). doi: 10.31857/S0869803121050088
  13. Tischer W. and Wedekind F. Immobilized Enzymes: Methods and Applications. Topics Curr. Chem., 200, 96–100 (1999). doi: 10.1007/3-540-68116-7_4
  14. Jesionowski T., Zdarta J., and Krajewska B. Enzyme immobilization by adsorption: a review. Adsorption, 20, 801–821 (2014). doi: 10.1007/s10450-014-9623-y
  15. Imam H. T., Marr P. C., and Marr A. C. Enzyme entrapment, biocatalyst immobilization without covalent attachment. Green Chem., 23 (14), 4980–5005 (2021). doi: 10.1039/d1gc01852c
  16. Pierre A. C. The sol-gel encapsulation of enzymes. Biocatalysis and Biotransformation, 22 (3), 145–170 (2004). doi: 10.1080/10242420412331283314
  17. Приворотская Е. А. Получение стабилизированных форм гидролитических ферментов технического и фармацевтического назначения. Дис. … канд. хим. Наук (РХТУ им. Д.И. Менделеева, М., 2017).
  18. Кудряшова Е. В. Функционирование и структура белков на поверхностях раздела фаз. Новые методы исследования (Palmarium Acad. Publ., 2013).
  19. Холявка М. Г. и Артюхов В. Г. Иммобилизованные биологические системы: биофизические аспекты и практическое применение (Воронеж, 2017).
  20. Biro E., Nemeth A. S., and Sisak C. Preparation of chitosan particles suitable for enzyme immobilization. J. Biochem. Biophys. Methods., 70 (6), 1240–1246 (2008). doi: 10.1016/j.jprot.2007.11.005
  21. Панкова С. М., Сакибаев Ф. А., Холявка М. Г., Вышкворкина Ю. М., Лукин А. Н. и Артюхов В. Г. Исследование процессов взаимодействия трипсина с ионообменными волокнами и хитозаном. Биоорган. химия, 47 (3), 400–412 (2021). doi: 10.31857/S0132342321030143
  22. Baidamshina D. R., Trizna E. Y., Agafonova M. N., Chirkova M. N., Vasileva O. S., Akhmetov N., ShubinaV. V., Porfiryev A. G., Semenova E. V., Sachenkov O. A., Baltina T. V., Kayumov A. R., Koroleva V. A., Pankova S. M., Artyukhov V. G., Holyavka M. G., and Bogachev M. I. Anti-biofilm and wound-healing activity of chitosan-immobilized ficin. Int. J. Biol. Macromol., 164, 4205–4217 (2020). doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.09.030
  23. Владимиров Ю. А. и Потапенко А. Я. Физико-химические основы фотобиологических процессов (Высшая школа, М., 1989).
  24. Рощупкин Д. И. и Артюхов В. Г. Основы фотобиофизики (Воронеж, 1997).
  25. Tardivo J. P., Del Giglio A., de Oliveira C. S., Gabrielli D. S., Junqueira H. C., Tada D. B., and Baptista M. S. Methylene blue in photodynamic therapy: From basic mechanisms to clinical applications. Photodiagnosis Photodyn. Ther., 2 (3), 175–191 (2005). doi: 10.1016/S1572-1000(05)00097-9
  26. Jang M., Ko D., Choi Y., Yan B., Jin X., Kim D. K., and Piao Y. Self-organized hierarchically porous carbon coated on carbon cloth for high-performance freestanding supercapacitor electrodes. J. Electroanalyt. Chem., 895, 115532 (2021). doi: 10.1016/j.jelechem.2021.115456
  27. Pecci L., Montefoschi G., and Antonucci A. Formation of nitrotyrosine by methylene blue photosensitized oxidation of tyrosine in the presence of nitrite. Biochem. Biophys. Res. Commun., 289 (1), 305–309 (2001). doi: 10.1006/bbrc.2001.5971
  28. Tacal O., Li B., Lockridge O., and Schopfer L. M. Resistance of human butyrylcholinesterase to methylene bluecatalyzed photoinactivation; mass spectrometry analysis of oxidation products. Photochem. Photobiol., 89 (2), 336–348 (2013). doi: 10.1111/php.12016
  29. Ragas X., He X., Agut M., Roxo-Rosa M., Gonsalves A., Serra A., and Nonell S. Singlet oxygen in antimicrobial photodynamic therapy: Photosensitizer-dependent production and decay in E. coli. Molecules, 18 (3), 2712–2725 (2013). doi: 10.3390/molecules18032712
  30. Wei X., Wang W., and Chen K. ZnO: Er, Yb, Gd particles designed for magnetic-fluorescent imaging and near-infrared light triggered photodynamic therapy. J. Phys. Chem. C, 117 (45), 23716–23729 (2013). doi: 10.1021/jp4071696.
  31. Qin M., Hah H. J., and Kim G. Methylene blue covalently loaded polyacrylamide nanoparticles for enhanced tumortargeted photodynamic therapy. Photochem. Photobiol. Sci., 10 (5), 832–841 (2011). doi: 10.1039/c1pp05022b
  32. Silman I., Roth E., and Paz A., The specific interaction of the photosensitizer methylene blue with acetylcholinesterase provides a model system for studying the molecular consequences of photodynamic therapy. Chemicobiol. Interactions, 203 (1), 63–66 (2013). doi: 10.1016/j.cbi.2012.10.021
  33. Tardivo J. P., Giglio A. D., and Oliveira C. S. Methylene blue in photodynamic therapy: from basic mechanisms to clinical applications. Photodiagn. Photodynamic Therapy, 2, 175–191 (2005). doi: 10.1016/S1572-1000(05)00097-9
  34. McCormick J. P., Fischer J. R., Pachlatko J. P., and Eisenstark A. Characterization of a cell-lethal product from the photooxidation of tryptophan: hydrogen peroxide. Science, 191, 468–469 (1976). doi: 10.1126/science.1108203
  35. Vorobey V. and Pinchuk S. V. Formation and photosensitizing activity of protein tryptophanile photochemical breakdown products in isolated erythrocyte membranes. Biofizika, 40, 342–346 (1995).
  36. Catalfo A., Bracchitta G., and De Guidi G. Role of aromatic amino acid tryptophan UVA-photoproducts in the determination of drug photosensitization mechanism: a comparison between methylene blue and naproxen. Photochem. Photobiol. Sci., 8 (10), 1467–1475 (2009). doi: 10.1039/b9PP00028c
  37. Владимиров Ю. А. Инактивация ферментов ультрафиолетовым облучением. Соросовский образоват. журн., 2, 20–27 (2001).
  38. Панкова С. М., Холявка М. Г., Артюхов В. Г., Лукин А. Н. и Вышкворкина Ю. М. ИК-спектроскопия в исследовании процессов УФ-модификации иммобилизованного трипсина. Сорбционные и хроматографические процессы, 19 (4), 489–497 (2019). doi: 10.17308/sorpchrom.2019.19/788
  39. Холявка М. Г., Панкова С. М., Вышкворкина Ю. М., Лукин А. Н., Кондратьев М. С. и Артюхов В. Г. Хитозан и сукцинат хитозана как фотопротекторы для иммобилизованного на их матрице папаина. Радиац. биология. Радиоэкология, 62 (5), 532–542 (2022). doi: 10.31857/S086980312205006X
  40. Логинова О. О., Холявка М. Г., Артюхов В. Г. и Беленова А. С. Подбор методики количественного определения трипсина, иммобилизованного на матрице хитозана, и его каталитической активности. Вестн. ВГУ. Сер.: Химия. Биология. Фармация, 2, 116–119 (2013).
  41. Холявка М. Г., Артюхов В. Г. и Сазыкина С. М. Исследование процессов УФ-модификации свободного и иммобилизованного трипсина. Радиац. биология. Радиоэкология, 57 (1), 66–70 (2017). doi: 10.7868/S0869803117010064
  42. Холявка М. Г., Панкова С. М., Вышкворкина Ю. М., Лукин А. Н., Кондратьев М. С. и Артюхов В. Г. Хитозан как фотопротектор для иммобилизованного на его матрице папаина. Биофизика, 67 (3), 467–476 (2022). doi: 10.31857/S0006302922030061
  43. Sorokin A. V., Goncharova S. S., Lavlinskaya M. S., Holyavka M. G., Faizullin D. A., Kondratyev M. S., Kannykin S. V., Zuev Yu. F., and Artyukhov V. G. Carboxymethyl cellulose-based polymers as promising matrices for ficin immobilization. Polymers, 15 (3), 649 (2023). doi: 10.3390/polym15030649
  44. Малыхина Н. В., Ольшанникова С. С., Холявка М. Г., Сорокин А. В., Лавлинская М. С., Артюхов В. Г., Файзуллин Д. А. и Зуев Ю. Ф. Получение комплексов фицина с карбоксиметилхитозаном и n-(2-гидрокси)пропил-3-триметиламмонийхитозаном и изучение их структурных особенностей. Биоорган. химия, 49 (1), 93–104 (2023). doi: 10.31857/S0132342322060173
  45. Varallyay E., Lengyel Z., and Graf L. The role of disulfide bond C191−C220 in trypsin and chymotrypsin. Biochem. Biophys. Res. Commun., 230 (3), 592–596 (1997). doi: 10.1006/bbrc.1996.6009
  46. Andrady A., Torikai A., and Kobatake T. Spectral sensitivity of chitosan photodegradation. J. Appl. Polymer Sci., 62 (9), 1465–1471 (1996). doi: 10.1002/(SICI)1097-4628(19961128)62:9<1465::AID-APP16>3.0.CO;2-Y
  47. Praxedes A. P. P., Silva A. J. C., and Silva R. C. Effects of UV irradiation on the wettability of chitosan films containing dansyl derivatives. J. Colloid Interface Sci., 376 (1), 255–261 (2012). doi: 10.1016/j.jcis.2012.02.056
  48. Ильина А. В. и Варламов В. П. Нейтрализация активных форм кислорода хитозаном и его производными in vitro/vivo (обзор). Прикладная биохимия и микробиология, 52 (1), 5 (2016). doi: 10.7868/S0555109916010062
  49. Тарасевич Б. Н. ИК спектры основных классов органических соединений (МГУ, М., 2012).
  50. Черных С. В., Овчинников О. В., Воробьева Р. П., Латышев А. Н., Алпатова Д. В., Утехин А. Н., Еелев А. Б., Смирнов М. С. Исследование особенностей ассоциации молекул метиленового голубого в растворах по инфракрасным спектрам поглощения. Вестн. ВГУ. Сер.: Физика. Математика, 1, 97–101 (2006).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».