Гидрофобные Солт-модифицированный Nafion для иммобилизации ферментов и стабилизации
Summary
В этой статье описывается порядок синтеза гидрофобно модифицированные мембраны Nafion иммобилизации ферментов и как для иммобилизации белков и / или ферментов в мембране и проверить их конкретной деятельности.
Abstract
За последние десять лет, произошло множество приложений для иммобилизации ферментов и стабилизировалась в том числе биокатализа, биосенсоров, и биотопливо клеток. 1-3 В большинстве биоэлектрохимические приложений, ферментов или органеллы иммобилизованных на поверхности электрода с использованием определенного типа полимерной матрицы. Этот полимер леса должны иметь стабильную и ферменты позволяют поверхностным диффузии молекул и ионов в и из матрицы. Большинство полимеров, используемых для данного типа иммобилизации на основе полиаминов или многоатомные спирты – полимеры, которые имитируют природную среду ферменты, которые они воплощают и стабилизации ферментов через водород или ионной. Другой метод для стабилизации ферментов связано с использованием мицелл, содержащих гидрофобные области, которые могут инкапсулировать и стабилизации ферментов. 4,5 В частности, группа Minteer разработала мицеллярных полимер на основе коммерчески доступных Nafion. 6,7 NafionСам мицеллярных полимера, что позволяет каналу помощью диффузии протонов и другие мелкие катионы, но мицеллы и каналов крайне малы и полимер является очень кислым из-за сульфокислоты боковых цепей, что неблагоприятно для иммобилизации ферментов. Однако, когда Nafion смешивается с более гидрофобные алкильные соли аммония, такие как тетрабутиламмония бромид (TBAB), четвертичного аммония катионов замене протонов и стать счетчик ионов сульфонатных групп на стороне полимерные цепи (рис. 1). Это приводит к большим мицелл и каналов в полимер, который позволяет для распространения больших подложках и ионов, которые необходимы для ферментативной функции, такие как никотинамидадениндинуклеотида (NAD). Это изменение Nafion полимера был использован для иммобилизации различных типов ферментов, а также митохондрий для использования в биосенсоров и биотопливных элементов. 8-12 Эта статья описывает новую процедуру принятия этого микрофонаellar полимер иммобилизации ферментов мембраны, которая может стабилизировать ферментов. Синтез мицеллярной мембранной иммобилизации фермента, процедура для иммобилизации ферментов в мембране, а анализы для изучения ферментативных удельной активности иммобилизованного фермента приведены ниже.
Protocol
Discussion
В описанной процедуре, тетра-алкил соли аммония используются для изменения коммерческой Nafion создать мицеллярных полимеров, которые могут быть использованы для иммобилизации и стабилизации ферментов. Анализы описанных в порядке, показывают, что полимер может быть использован для имм?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы признают, Управление военно-морских исследований, Соединенные сои совета и Национального научного фонда для финансирования.
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).
