효소 고정 및 안정화를위한 소수성 소금으로 바뀌었 Nafion
Summary
이 문서 hydrophobically 수정된 Nafion의 효소 고정 막 방법과 멤브레인 내에 단백질 및 / 또는 효소를 고정하고 구체적인 활동을 테스트하는 방법을 합성을위한 절차를 설명합니다.
Abstract
지난 10 년 동안, biocatalysis, biosensors, 그리고 생물 연료 전지를 포함하여 고정화 및 안정화 효소에 대한 응용 프로그램의 풍부한이있었습니다. 가장 bioelectrochemical 애플 리케이션에서 1-3, 효소 또는 organelles은 어떤 유형의를 이용하여 전극 표면에 고정화되어 폴리머 매트릭스. 이 폴리머 비계는 효소 안정 유지하고와 모체의 밖으로 분자 및 이온의 손쉬운 보급을 위해 허용해야합니다. 고정 이러한 유형에 사용되는 대부분의 고분자는 polyamines 또는 polyalcohols을 기반으로하는 – 그들이 수소 또는 이온 결합을 통해 효소를 캡슐하고 안정화하는 효소의 자연 환경을 모방 고분자. 효소를 안정화하는 또 다른 방법은 효소를 캡슐과 안정 수있는 소수성 영역을 포함하는 micelles의 사용을 포함한다. 특히 4,5, Minteer 그룹은 상용 Nafion에 근거 micellar 폴리머를 개발하였습니다. 6,7 Nafion은자체는 양자와 기타 작은 양이온의 채널을 이용한 확산을 허용 micellar 고분자이지만, micelles 및 채널은 매우 소규모이며 폴리머 효소 고정을위한 불리 술폰산 사이드 체인으로 인해 매우 산성이다. 그러나, Nafion은 같은 tetrabutylammonium의 브로마이드 (TBAB)와 같은 소수성 알킬 암모늄 소금의 과잉과 함께 혼합되면 제사기 암모늄 양이온은 양자를 교체하고 폴리머 사이드 체인 (그림 1)에서 산염 그룹 카운터 이온이된다. 이러한 니코틴 아데닌 dinucleotide (NAD)와 같은 효소 기능을 위해 필요한 대형 기판과 이온의 확산을 허용 고분자 내에서 큰 micelles 및 채널에있는이 발생합니다. 이 수정된 Nafion 폴리머는 biosensors과 생물 연료 전지에 사용하기 위해 여러 효소의 종류뿐만 아니라, mitochondria를 고정하는 데 사용되었습니다. 8-12 본 논문이 마이크를 만들기위한 새로운 절차를 설명합니다효소의 안정화 수 ellar 폴리머 효소 고정 막. micellar 효소 고정 막, 멤브레인 내에 효소를 immobilizing 절차 및 고정화 효소의 효소 구체적인 활동을 유학 assays의 합성은 아래 자세히 설명되어 있습니다.
Protocol
Discussion
설명한 절차에 tetra-알킬의 암모늄 염은 효소를 고정하고 안정화하는 데 사용할 수 micellar 폴리머를 만드는 상용 Nafion을 수정하는 데 사용됩니다. assays는 폴리머는 활동의 높은 보존과 효소의 다양한 고정하는 데 사용할 수있는 절차 쇼에 설명되어. 관심 효소가 매우 낮은 활동이 아니면 불순한 경우, 높은 집중력이 필요할 수 있습니다 10 밀리그램 / ML 이상의 농도에서 효소를 immobilizing 않는 한 부…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 해군 연구소, 유나이티드 콩 보드, 그리고 자금 지원을위한 국립 과학 재단 (National Science Foundation)의 사무실을 인정합니다.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalog number |
| Nafion | Sigma-Aldrich | 70160 |
| Tetra alkylammonium bromide salts | Sigma-Aldrich | n/a |
| Alcohol dehydrogenase | Sigma-Aldrich | A3263 |
| Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) | Simga-Aldrich | N7004 |
| Sodium pyrophosphate | Sigma-Aldrich | P8010 |
| Phenazine methosulfate (PMS) | Sigma-Aldrich | P9625 |
| 2,6-Dichloroindophenol (DCIP) | Sigma-Aldrich | D1878 |
| Glucose oxidase | Sigma-Aldrich | G7141 |
| 4-Hydroxybenzoic acid | Sigma-Aldrich | 240141 |
| Sodium azide | Sigma-Aldrich | S8032 |
| Peroxidase | Sigma-Aldrich | P8375 |
| 4-aminoantipyrine | Sigma-Aldrich | 06800 |
| UV/Vis Spectrophotometer | Thermo | Evolution 260 Bio or Spectronic Genesys 20 |
| Vortex Genie | ||
| Analytical balance |
References
- Calabrese-Barton, S., Gallaway, J., Atanassov, P. Enzymatic biofuel cells for implantable and microscale devices Chem. Rev. 104, 4867-4886 (2004).
- Cracknell, J. A., Vincent, K. A., Armstrong, F. A. Enzymes as Working or Inspirational Electrocatalysts for Fuel Cells and Electrolysis. Chem. Rev. 108, 2439-2461 (2008).
- Minteer, S. D., Liaw, B. Y., Cooney, M. J. Enzyme-Based Biofuel Cells. Curr. Opin. Biotechnol. 18, 228-234 (2007).
- Callahan, J. W., Kosicki, G. W. The Effect of Lipid Micelles on Mitochondrial Malate Dehydrogenase. Canadian Journal of Biochemistry. 45, 839-851 (1967).
- Martinek, K. Modeling of the Membrane Environment of Enzymes: Superactivity of Laccase Entrapped into Surfactant Reversed Micelles in Organic Solvents. Biokhimiya. 53, 1013-1016 (1988).
- Moore, C. M., Akers, N. L., Hill, A. D., Johnson, Z. C., Minteer, S. D. Improving the Environment for Immobilized Dehydrogenase Enzymes by Modifying Nafion with Tetraalkylammonium Bromides. Biomacromolecules. 5, 1241-1247 (2004).
- Schrenk, M. J., Villigram, R. E., Torrence, N. J., Brancato, S. J., Minteer, S. D. Effects of Mixture Casting Nafion with Quaternary Ammonium Bromide Salts on the Ion-Exchange Capacity and Mass Transport in the Membranes. J. Membr. Sci. 205, 3-10 (2002).
- Akers, N. L., Moore, C. M., Minteer, S. D. Development of Alcohol/O2 Biofuel Cells Using Salt-Extracted Tetrabutylammonium Bromide/Nafion Membranes to Immobilize Dehydrogenase Enzymes. Electrochim. Acta. 50, 2521-2525 (2005).
- Sokic-Lazic, D., Minteer, S. D. Citric Acid Cycle Biomimic on a Carbon Electrode. Biosens. Bioelectron. 24, 939-944 (2008).
- Arechederra, R. L., Minteer, S. D. Complete Oxidation of Glycerol in an Enzymatic Biofuel Cell. Fuel Cells. 9, 63-69 (2009).
- Germain, M., Arechederra, R. L., Minteer, S. D. Nitroaromatic Actuation of Mitochondrial Bioelectrocatalysis for Self-Powered Explosive Sensors. J. Am. Chem. Soc. 130, 15272-15273 (2008).
- Addo, P. K., Arechederra, R. L., Minteer, S. D. Evaluating Enzyme Cascades for Methanol/Air Biofuel Cells Based On NAD+-Dependent Enzymes. Electroanalysis. 22, 807-812 (2010).
- Smith, P. K., Krohn, R. I., Hermanson, G. T., Mallia, A. K., Gartner, F. H., Provenzano, M. D., Fujimoto, E. K., Goeke, N. M., Olson, B. J., Klenk, D. C. Measurement of protein using bicinchoninic acid. Analytical Biochemistry. 150, 76-85 (1985).
