RU2294369C2 - Method for preparing immobilized urease - Google Patents

Method for preparing immobilized urease Download PDF

Info

Publication number
RU2294369C2
RU2294369C2 RU2004115002/13A RU2004115002A RU2294369C2 RU 2294369 C2 RU2294369 C2 RU 2294369C2 RU 2004115002/13 A RU2004115002/13 A RU 2004115002/13A RU 2004115002 A RU2004115002 A RU 2004115002A RU 2294369 C2 RU2294369 C2 RU 2294369C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
enzyme
carrier
urease
immobilization
activity
Prior art date
Application number
RU2004115002/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004115002A (en
Inventor
Оксана Владимировна Воробьева (RU)
Оксана Владимировна Воробьева
Станислав Мухадинович Кунижев (RU)
Станислав Мухадинович Кунижев
Ольга Викторовна Анисенко (RU)
Ольга Викторовна Анисенко
Аревик Аркадьевна Филь (RU)
Аревик Аркадьевна Филь
Тать на Николаевна Бородина (RU)
Татьяна Николаевна Бородина
Original Assignee
Ставропольский государственный университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ставропольский государственный университет filed Critical Ставропольский государственный университет
Priority to RU2004115002/13A priority Critical patent/RU2294369C2/en
Publication of RU2004115002A publication Critical patent/RU2004115002A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2294369C2 publication Critical patent/RU2294369C2/en

Links

Landscapes

  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)

Abstract

FIELD: biochemistry, enzymes, biotechnology.
SUBSTANCE: method involves immobilization of enzyme on inorganic carrier aerosil wherein its surface is modified with casein. Invention provides enhancing specific activity of enzyme, increasing range of thermal stability of immobilized urease, increasing percent of enzyme binding with carrier and to simplify process for immobilizing the enzyme. Invention can be used in development of enzyme electrodes used in treatment of sewage from urea.
EFFECT: improved preparing method of enzyme.
2 cl, 1 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к способам получения иммобилизованной уреазы, и может найти применение в аналитической промышленности (создание ферментных электродов) при очистке сточных вод от мочевины.The invention relates to biotechnology, in particular to methods for producing immobilized urease, and may find application in the analytical industry (creation of enzyme electrodes) in the treatment of wastewater from urea.

Известен способ получения иммобилизованной уреазы (АС 1373730, опубл. 15.02.88), заключающийся в увеличении стабильности фермента при хранении после его связывания с окисленным углем в присутствии стероидных гликозидов. Недостатком способа является значительное увеличение активности исходной уреазы (более 100%), что может быть связано с влиянием самих гликозидов на ход ферментативной реакции.A known method of obtaining immobilized urease (AC 1373730, publ. 15.02.88), which consists in increasing the stability of the enzyme during storage after binding to oxidized carbon in the presence of steroid glycosides. The disadvantage of this method is a significant increase in the activity of the initial urease (more than 100%), which may be due to the influence of the glycosides themselves on the course of the enzymatic reaction.

Следующий способ получения иммобилизованной уреазы состоит в связывании фермента с окисленным активированным углем, модифицированным четыреххлористым титаном (АС 1090715, опубл. 07.05.84). Недостатками являются невысокий процент связывания фермента с носителем и небольшой срок сохранения активности ферментного препарата.The next way to obtain immobilized urease is to bind the enzyme with oxidized activated carbon, modified titanium tetrachloride (AC 1090715, publ. 07.05.84). The disadvantages are the low percentage of binding of the enzyme to the carrier and a short shelf life of the enzyme preparation.

Наиболее близким к предполагаемому по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ получения иммобилизованной уреазы, заключающийся в связывании фермента с неорганическим носителем, активированным γ-аминопропилтриэтоксисиланом и глутаровым альдегидом (АС 925183, опубл. 15.10.82). Недостатком является использование вредных веществ в качестве модификаторов поверхности неорганического носителя, длительность и многостадийность процесса иммобилизации, а также невысокая величина удельной активности иммобилизованной уреазы при низком диапазоне термостабильности.The closest to the expected technical essence and the achieved positive effect is a method of obtaining immobilized urease, which consists in binding the enzyme to an inorganic carrier activated by γ-aminopropyltriethoxysilane and glutaraldehyde (AC 925183, publ. 15.10.82). The disadvantage is the use of harmful substances as modifiers of the surface of the inorganic carrier, the duration and multi-stage process of immobilization, as well as the low specific activity of the immobilized urease with a low range of thermal stability.

Задачей изобретения является увеличение удельной активности и диапазона термостабильности иммобилизованной уреазы при оптимуме рН с высоким процентом связывания фермента с носителем и упрощении процесса иммобилизации фермента.The objective of the invention is to increase the specific activity and thermostability range of immobilized urease at optimum pH with a high percentage of binding of the enzyme to the carrier and simplification of the process of immobilization of the enzyme.

Поставленная задача решается способом, включающим иммобилизацию фермента уреазы на неорганическом носителе - аэросиле, поверхность которого модифицирована природным высокомолекулярным соединением - казеином.The problem is solved by a method involving the immobilization of the urease enzyme on an inorganic carrier - aerosil, the surface of which is modified by a natural high-molecular compound - casein.

Способ осуществляют следующим образом. К 5 г аэросила добавляют 50 мл дистиллированной воды и перемешивают его с казеином, взятым в количестве 3-15 мас.% и растворенным в 10 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия. Полученную суспензию оставляют созревать при комнатной температуре в течение 24 часов. Формирование жесткого остова носителя проводят при тщательном перемешивании в течение 1 часа при температуре 110-130°С. Полученный носитель просеивают через сито с размером ячеек 230 мкм и пятикратно отмывают дистиллированной водой по 100 мл до рН промывных вод 7,0. Для иммобилизации используют фермент уреазу, выделенную из бобов сои, с удельной активностью 3460 Е/г. К 1 г влажного носителя добавляют 2,0 мл раствора фермента в фосфатно-солевом буфере рН 7,0 с концентрацией уреазы 4,0 мг/мл. Объем раствора фермента был выбран с учетом полной смачиваемости носителя. Концентрация фермента обусловлена возможностью более полного проведения процесса иммобилизации. Раствор фермента с концентрацией менее 4,0 мг/мл использовать нецелесообразно, т.к. будет иметь место неполная нагрузка фермента на носитель. Увеличение концентрации фермента выше 4,0 мг/мл недопустимо в связи с конкуренцией молекул уреазы за право обладать центрами связывания, находящимися на поверхности носителя. Иммобилизацию проводят в течение 24 часов при температуре 4°С. Время иммобилизации обусловлено процессом полного связывания фермента с носителем. Температура иммобилизации выбрана с учетом максимального сохранения активности нативного фермента. По завершению процесса иммобилизации носитель с иммобилизованным ферментом отмывают трехкратно бидистиллированной водой объемом по 50 мл до полного удаления несвязавшегося фермента, что фиксируют на спектрофотометре СФ-26 при длине волны 280 нм против бидистиллированной воды. Активность нативного и иммобилизованного фермента оценивают фотоколориметрическим методом. В качестве субстрата используют раствор мочевины в фосфатном буфере. Для установления оптимума рН-активности иммобилизованной уреазы ферментативную реакцию проводят в фосфатном буфере при рН 5,4-7,0. Предел термостабильности иммобилизованной уреазы устанавливают по значениям наибольшей активности фермента при проведении ферментативной реакции в интервале температур от 10 до 60°С, так как ниже 10°С ферментативная реакция не протекает, а выше 70°С фермент теряет активность в результате процесса денатурации. За единицу уреазной активности принимается такое количество фермента, в результате реакции которого с субстратом выделяется 1 мкмоль аммиака за 1 минуту при 20°С.The method is as follows. To 5 g of Aerosil add 50 ml of distilled water and mix it with casein, taken in an amount of 3-15 wt.% And dissolved in 10 ml of a 10% sodium hydroxide solution. The resulting suspension was allowed to mature at room temperature for 24 hours. The formation of a rigid skeleton of the carrier is carried out with thorough stirring for 1 hour at a temperature of 110-130 ° C. The resulting carrier is sieved through a sieve with a mesh size of 230 μm and washed five times with 100 ml distilled water to a pH of wash water of 7.0. For immobilization, the urease enzyme isolated from soybeans with a specific activity of 3460 U / g is used. 2.0 ml of the enzyme solution in phosphate-buffered saline pH 7.0 with a urease concentration of 4.0 mg / ml is added to 1 g of a wet carrier. The volume of the enzyme solution was chosen taking into account the complete wettability of the carrier. The concentration of the enzyme is due to the possibility of a more complete process of immobilization. An enzyme solution with a concentration of less than 4.0 mg / ml is not practical to use, because there will be an incomplete load of the enzyme on the carrier. An increase in the concentration of the enzyme above 4.0 mg / ml is unacceptable due to the competition of urease molecules for the right to possess binding sites located on the surface of the carrier. Immobilization is carried out for 24 hours at a temperature of 4 ° C. The immobilization time is due to the process of complete binding of the enzyme to the carrier. The immobilization temperature is selected taking into account the maximum preservation of the activity of the native enzyme. Upon completion of the immobilization process, the carrier with the immobilized enzyme is washed three times with bidistilled water with a volume of 50 ml until the unbound enzyme is completely removed, which is recorded on an SF-26 spectrophotometer at a wavelength of 280 nm against bidistilled water. The activity of the native and immobilized enzyme is evaluated by the photocolorimetric method. As a substrate, a solution of urea in phosphate buffer is used. To establish the optimum pH-activity of immobilized urease, the enzymatic reaction is carried out in phosphate buffer at a pH of 5.4-7.0. The limit of thermal stability of immobilized urease is set according to the values of the highest enzyme activity during the enzymatic reaction in the temperature range from 10 to 60 ° C, since the enzymatic reaction does not proceed below 10 ° C, and above 70 ° C the enzyme loses activity as a result of the denaturation process. The unit of urease activity is the amount of enzyme that results in the reaction of which 1 μmol of ammonia is released with the substrate in 1 minute at 20 ° C.

Способ иллюстрируется следующими примерами.The method is illustrated by the following examples.

Пример 1. К 5 г аэросила добавляют 50 мл дистиллированной воды и перемешивают его с казеином, взятым в количестве 3 мас.% и растворенным в 10 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия. Полученную суспензию оставляют созревать при комнатной температуре в течение 24 часов. Формирование жесткого остова носителя проводят при тщательном перемешивании в течение 1 часа при температуре 110-130°С. Полученный носитель просеивают через сито с размером ячеек 230 мкм и пятикратно промывают дистиллированной воды по 100 мл до рН промывных вод 7,0. Для иммобилизации используют фермент уреазу, выделенную из бобов сои, с удельной активностью 3460 Е/г. К 1 г влажного носителя добавляют 2,0 мл раствора фермента в фосфатно-солевом буфере рН 7,0 с концентрацией уреазы 4,0 мг/мл. Иммобилизацию проводят в течение 24 часов при температуре 4°С. По завершению процесса иммобилизации носитель с иммобилизованным ферментом отмывают трехкратно бидистиллированной водой объемом по 50 мл до полного удаления несвязавшегося фермента. Активность иммобилизованного фермента оценивают фотоколориметрическим методом. В качестве субстрата используют раствор мочевины в фосфатном буфере при рН 7,0. Ферментативную реакцию проводят при температуре 20-60°С. Получают препарат иммобилизованной уреазы с удельной активностью 3391 Е/г носителя, что составляет 98% сохранения исходной активности при 70%-ном связывании фермента.Example 1. To 5 g of Aerosil add 50 ml of distilled water and mix it with casein, taken in an amount of 3 wt.% And dissolved in 10 ml of a 10% sodium hydroxide solution. The resulting suspension was allowed to mature at room temperature for 24 hours. The formation of a rigid skeleton of the carrier is carried out with thorough stirring for 1 hour at a temperature of 110-130 ° C. The resulting carrier is sieved through a sieve with a mesh size of 230 μm and washed five times with 100 ml of distilled water to a pH of wash water of 7.0. For immobilization, the urease enzyme isolated from soybeans with a specific activity of 3460 U / g is used. 2.0 ml of the enzyme solution in phosphate-buffered saline pH 7.0 with a urease concentration of 4.0 mg / ml is added to 1 g of a wet carrier. Immobilization is carried out for 24 hours at a temperature of 4 ° C. Upon completion of the immobilization process, the carrier with the immobilized enzyme is washed three times with bidistilled water with a volume of 50 ml until the unbound enzyme is completely removed. The activity of the immobilized enzyme is evaluated by the photocolorimetric method. A urea solution in phosphate buffer at pH 7.0 is used as a substrate. The enzymatic reaction is carried out at a temperature of 20-60 ° C. An immobilized urease preparation with a specific activity of 3391 U / g of the carrier is obtained, which is 98% of the preservation of the initial activity at 70% binding of the enzyme.

Пример 2. Выполняют аналогично примеру 1, за исключением того, что для модификации поверхности носителя используют казеин в количестве 5 мас.%, а в качестве субстрата используют раствор мочевины в фосфатном буфере рН 5,4. Ферментативную реакцию проводят при температуре 10-30°С, получают препарат с удельной активностью 3460 Е/г носителя, что составляет 100% сохранения исходной активности при 63%-ном связывании фермента.Example 2. Perform analogously to example 1, except that to modify the surface of the media use casein in an amount of 5 wt.%, And as a substrate use a solution of urea in phosphate buffer pH 5.4. The enzymatic reaction is carried out at a temperature of 10-30 ° C, and a preparation with a specific activity of 3460 U / g of carrier is obtained, which is 100% of the preservation of the initial activity with 63% binding of the enzyme.

Пример 3. Выполняют аналогично примеру 1, за исключением того, что для модификации поверхности носителя используют казеин в количестве 15 мас.%, а в качестве субстрата используют раствор мочевины в фосфатном буфере рН 5,4. Ферментативную реакцию проводят при 10-20°С, получают препарат с удельной активностью 3460 Е/г носителя, что составляет 100% сохранения исходной активности при 83%-ном связывании фермента.Example 3. Perform analogously to example 1, except that to modify the surface of the carrier use casein in an amount of 15 wt.%, And as a substrate use a solution of urea in phosphate buffer pH 5.4. The enzymatic reaction is carried out at 10-20 ° C, a preparation is obtained with a specific activity of 3460 U / g of the carrier, which is 100% of the preservation of the initial activity with 83% binding of the enzyme.

В таблице представлены сравнительные характеристики иммобилизованной уреазы в сопоставлении с прототипом.The table shows the comparative characteristics of immobilized urease in comparison with the prototype.

Таблица
Сравнительные характеристики иммобилизованной уреазы
Table
Comparative characteristics of immobilized urease
Способ получения иммобилизованной уреазыThe method of obtaining immobilized urease Удельная активность фермента уреазы, Е/г сорбентаThe specific activity of the urease enzyme, E / g of sorbent Процент связывания уреазы, %The percentage of binding of urease,% Сохранение активности иммобилизованной уреазы, %Preservation of immobilized urease activity,% Оптимум рНOptimum pH Оптимум термостабильности, °СOptimum thermal stability, ° C Известный способKnown method 34003400 7575 8888 7,37.3 18eighteen По примеру 1 (предлагаемый)According to example 1 (proposed) 33913391 7070 9898 6,06.0 20-6020-60 По примеру 2 (предлагаемый)According to example 2 (proposed) 34603460 6363 100one hundred 5,45,4 10-3010-30 По примеру 3 (предлагаемый)According to example 3 (proposed) 34603460 8383 100one hundred 5,45,4 10-2010-20

В отличие от прототипа предлагаемый способ иммобилизации уреазы позволяет увеличить удельную активность фермента и его диапазон термостабильности при оптимуме рН с высоким процентом связывания фермента с носителем, что достигается путем его иммобилизации на кремнеземе - аэросиле, поверхность которого модифицирована казеином. Кроме того, предложенный способ исключает использование вредных компонентов в качестве модификаторов поверхности носителя и делает процесс иммобилизации фермента более простым, так как исключает проведение ряда стадий, которые могут существенно понижать активность иммобилизованного фермента.In contrast to the prototype, the proposed method of urease immobilization allows to increase the specific activity of the enzyme and its thermal stability range at optimum pH with a high percentage of binding of the enzyme to the carrier, which is achieved by immobilization on silica - aerosil, the surface of which is modified with casein. In addition, the proposed method eliminates the use of harmful components as modifiers of the surface of the carrier and makes the process of immobilization of the enzyme simpler, since it eliminates a number of stages that can significantly reduce the activity of the immobilized enzyme.

Claims (2)

1. Способ получения иммобилизованной уреазы, предусматривающий иммобилизацию фермента на модифицированном неорганическом носителе, отличающийся тем, что в качестве неорганического носителя используют аэросил, модифицированный казеином.1. A method of obtaining immobilized urease, providing for the immobilization of the enzyme on a modified inorganic carrier, characterized in that casein modified aerosil is used as the inorganic carrier. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют аэросил, модифицированный путем перемешивания с казеином, взятым в количестве 3-5 мас.% и растворенным в 10 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия, в течение 1 ч при температуре 110-130°С.2. The method according to claim 1, characterized in that aerosil is used, modified by mixing with casein, taken in an amount of 3-5 wt.% And dissolved in 10 ml of a 10% sodium hydroxide solution, for 1 h at a temperature of 110 -130 ° C.
RU2004115002/13A 2004-05-17 2004-05-17 Method for preparing immobilized urease RU2294369C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004115002/13A RU2294369C2 (en) 2004-05-17 2004-05-17 Method for preparing immobilized urease

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004115002/13A RU2294369C2 (en) 2004-05-17 2004-05-17 Method for preparing immobilized urease

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004115002A RU2004115002A (en) 2005-11-10
RU2294369C2 true RU2294369C2 (en) 2007-02-27

Family

ID=35864796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004115002/13A RU2294369C2 (en) 2004-05-17 2004-05-17 Method for preparing immobilized urease

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2294369C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2665165C1 (en) * 2017-09-21 2018-08-28 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение "Иммунотэкс" Method for producing an immunosorbent
RU2812044C1 (en) * 2023-02-16 2024-01-22 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) Method for immobilizing enzyme on porous ceramic support based on silicon dioxide

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БЕРЕЗИН И.В., КЛЯЧКО Н.Л. и др. Иммобилизованные ферменты, М.: Высшая школа, 1978, с.46. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2665165C1 (en) * 2017-09-21 2018-08-28 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение "Иммунотэкс" Method for producing an immunosorbent
RU2812044C1 (en) * 2023-02-16 2024-01-22 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) Method for immobilizing enzyme on porous ceramic support based on silicon dioxide

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004115002A (en) 2005-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107927528B (en) Bionic membrane for removing aflatoxin and preparation method and treatment method thereof
RU2064429C1 (en) Carbon sorbent and method for its production
CN102329008B (en) Method for removing phenol pollutants in water body by using immobilized laccase based on magnetic mesoporous carbon
CN107893065A (en) A kind of preparation method of immobilised enzymes
FI85284B (en) FOERFARANDE FOER FRAMSTAELLNING AV ETT IMMOBILISERAT ENZYMPREPARAT MED HJAELP AV ETT TVAERBINDNINGSMEDEL.
DE1905681B2 (en) STABILIZED ENZYME PREPARATION AND METHOD FOR ITS MANUFACTURING
JPS6221513B2 (en)
CN109987721A (en) A kind of microorganism/photocatalysis composite degradation system and preparation method thereof
US5998183A (en) Enzyme immobilization on a siliceous support with a polyaldehyde cross-linking agent
RU2294369C2 (en) Method for preparing immobilized urease
CN101492666B (en) Method for fixing polyphenol oxidase with ion exchange resin support
US7312056B2 (en) Enhancement of enzyme activity through purification and immobilization
CN106591274B (en) A kind of immobilized nucleic acids enzyme P1 and preparation method thereof is applied with it
CN107338238B (en) Immobilized laccase and preparation method thereof
Li et al. Immobilization of bovine trypsin onto controlled pore glass
SU1090715A1 (en) Process for preparing immobilized urease
JPH0586100A (en) Modified solid substrate for immobilizing protein by covalent bond and its manufacture
CN110548476A (en) Preparation method and application of modified volcanic cinders filter material
RU2257951C1 (en) Sorbent manufacturing method
RU2608029C1 (en) Method of extracting heavy metal ions from aqueous solutions
RU2784073C1 (en) Method for obtaining modified sorbent from pine cone waste
CN109231340A (en) A kind of preparation method of lightweight diatomite material for water treatment
CN113862252B (en) Method for immobilizing laccase by titanate nanotube composite material
RO122364B1 (en) Process for the immobilization of trypsin on biopolymer carrier
CN114540332B (en) Preparation method and application of uricase immobilized resin

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070518