Nafion-Sal modificado hidrofóbico para imobilização de enzimas e Estabilização
Summary
Este artigo vai descrever o procedimento para a síntese de uma membrana Nafion hidrofobicamente modificado imobilização de enzimas e como para imobilizar proteínas e / ou enzimas no interior da membrana e testar a sua actividade específica.
Abstract
Durante a última década, tem havido uma riqueza de aplicação para as enzimas imobilizadas e estabilizadas incluindo biocatálise, biossensores, e células de biocombustível. 1-3 Em aplicações mais bioelectrochemical, enzimas ou organelas são imobilizados sobre uma superfície do eléctrodo com a utilização de algum tipo de polímero de matriz. Este andaime polímero deve manter as enzimas estável e permitir a difusão fácil de moléculas e iões dentro e para fora da matriz. A maioria dos polímeros utilizados para este tipo de imobilização são baseados em poliaminas ou poliálcoois – polímeros que imitam o ambiente natural das enzimas que eles encapsular e estabilizar a enzima através de hidrogénio ou ligações iónicas. Outro método para a estabilização de enzimas envolve o uso de micelas, que contêm regiões hidrofóbicas que podem encapsular e estabilizar as enzimas 4,5. Em particular, o grupo Minteer desenvolveu um polímero baseado em micelar Nafion comercialmente disponível. 6,7 Nafionem si é um polímero micelar que permite a difusão de canal-assistida de protões e de outros catiões pequenas, mas as micelas e os canais são extremamente pequeno e que o polímero é muito ácida, devido às cadeias sulfónicos lado ácido, o que é desfavorável para a imobilização de enzimas. No entanto, quando Nafion é misturado com um excesso de hidrofóbicos sais de amónio de alquilo tais como brometo de tetrabutilamónio (TBAB), os catiões de amónio quaternário substituir os protões e tornar-se os contra-iões para os grupos sulfonato sobre as cadeias laterais de polímero (Figura 1). Isto resulta em maiores micelas e canais dentro do polímero que permitem a difusão de grandes substratos e iões que são necessários para a função enzimática, tais como dinucleótido adenina nicotinamida (NAD). Este modificado Nafion polímero tem sido usado para imobilizar muitos tipos diferentes de enzimas, bem como as mitocôndrias para uso em biossensores e células de biocombustível. 8-12 Este documento descreve um novo processo para fazer este microfoneEllar polímero membrana imobilização de enzimas que podem estabilizar as enzimas. A síntese da membrana micelar enzima imobilização, o procedimento para a imobilização de enzimas dentro da membrana, e os ensaios para estudar a actividade enzimática específica da enzima imobilizada são detalhados abaixo.
Protocol
Discussion
No processo descrito, os sais de tetra-alquil amónio são utilizados para modificar Nafion comercial para criar polímeros micelares que podem ser usados para imobilizar e estabilizar as enzimas. Os ensaios descritos no procedimento revelam que o polímero pode ser usado para imobilizar uma grande variedade de enzimas com uma elevada retenção de actividade. Se a enzima de interesse tem uma actividade muito baixa ou é impuro, uma concentração mais elevada pode ser necessária e não deve afectar o processo de…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores agradecem o Escritório de Pesquisa Naval, United Soybean Board, e Fundação Nacional de Ciência para o financiamento.
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).
