Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 83069 10.29039/rusjbpc.2023.0589 МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ EFFECT OF UV RADIATION AND TEMPERATURE ON PAPAIN ACTIVITY ВЛИЯНИЕ УФ-ИЗЛУЧЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ НА АКТИВНОСТЬ ПАПАИНА Королева В. А. Koroleva V. A. koroleva_victoria@bk.ru Панкова С. М. Pankova S. M. Редько Ю. А. Redko Yu. A. Холявка М. Г. Holyavka M. G. holyavka@rambler.ru Артюхов В. Г. Artyukhov V. G. Воронежский государственный университет Воронеж Россия Voronezh State University Voronezh Russian Federation Воронежский государственный медицинский университет им. Н.Н. Бурденко Воронеж Россия N.N. Burdenko Voronezh State Medical University Voronezh Russian Federation Воронежский государственный университет ru Voronezh State University ru Воронежский государственный медицинский университет им. Н.Н. Бурденко Воронеж Россия N.N. Burdenko Voronezh State Medical University Voronezh Russian Federation Воронежский государственный университет Воронеж Россия Voronezh State University Voronezh Russian Federation Воронежский государственный университет Воронеж Россия Voronezh State University Voronezh Russian Federation Севастопольский государственный университет Севастополь Россия Sevastopol State University Sevastopol Russian Federation Воронежский государственный университет Воронеж Россия Voronezh State University Voronezh Russian Federation 16 05 2024 16 05 2024 8 1 59 62 03 07 2023 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/83069/view

Папаин (КФ 3.4.22.2) является эндолитической цистеиновой протеазой, которую получают из латекса папайи (Carica papaya L.). На сегодняшний день данный фермент рассматривается в качестве противовоспалительного, антикоагулянтного и гемолитического средства, также субстанции, ускоряющей восстановление тканей. Хитозан относят к универсальному сорбенту, который связывает широкий ряд веществ органического и неорганического происхождения. Он обладает антимикробной активностью, биоразлагаемостью, нетоксичностью и биоадгезивными свойствами. Целью нашей работы является изучение сочетанного действия УФ-излучения и температуры на активность свободного и иммобилизованного на матрице средне- и высокомолекулярного хитозанов папаина. В качестве объекта исследования был выбран папаин, субстратами для гидролиза служили бычий сывороточный альбумин (БСА) и азоказеин, носителями для иммобилизации – средне- (Мr = 200 кДа, степень деацетилирования (СД) 82 %) и высокомолекулярный (Мr = 350 кДа, СД = 94,85 %) хитозаны. Показано, что энзим становится более устойчивым к изменению температурного режима, а также к УФ-облучению после его иммобилизации. При 90 °С нативный папаин полностью инактивируется, в то время как сорбированный фермент на средне- и высокомолекулярном хитозанах сохраняет 45 и 57 % своей начальной активности, соответственно. После сорбции папаина на матрице полисахаридов при воздействии доз от 151 до 6040 Дж/м2 каталитическая способность фермента изменялась в меньшей степени, чем у его растворимой формы. Протеолитическая способность иммобилизованного на высокомолекулярном хитозане биокатализатора после УФ-облучения даже увеличивалась на 13-27 % от первоначального уровня.

Papain (EC 3.4.22.2) is an endolytic cysteine protease derived from papaya latex (Carica papaya L.). Today, this enzyme is considered as an anti-inflammatory, anticoagulant and hemolytic agent, as well as a substance that accelerates tissue repair. Chitosan is classified as a universal sorbent that binds a wide range of substances of organic and inorganic origin. It has antimicrobial activity, biodegradability, non-toxicity and bioadhesive properties. The aim of our work is to study the combined effect of UV-radiation and temperature on the activity of free papain and papain immobilized on a matrix of medium and high molecular weight chitosan. Papain was chosen as the object of study, bovine serum albumin (BSA) and azocasein served as substrates for hydrolysis, medium- (Mr = 200 kDa, degree of deacetylation (DD) 82%) and high molecular weight (Mr = 350 kDa, DD = 94.85%) chitosan were used as carriers for immobilization. It has been shown that the enzyme becomes more resistant to changes in the temperature regime, as well as to UV irradiation after its immobilization. At 90°C, native papain is completely inactivated, while the sorbed enzyme on medium and high molecular weight chitosan retains 45 and 57% of its initial activity, respectively. After the sorption of papain on the polysaccharide matrix at doses from 151 to 6040 J/m2, the catalytic ability of the enzyme changed to a lesser extent than that of its soluble form. The proteolytic ability of the biocatalyst immobilized on high molecular weight chitosan after UV irradiation even increased by 13-27% of the initial level.

 папаин иммобилизация хитозан УФ-облучение papain immobilization chitosan UV-irradiation

Holyavka M., Koroleva V., Olshannikova S., Artyukhov V., Faizullin D., Zakhartchenko N., Zuev Y., Kondratyev M., Zakharova E. Novel biotechnological formulations of cysteine proteases, immobilized on chitosan. Structure, stability and activity. International Journal of Biological Macromolecules, 2021, vol. 180, pp. 161-176. Holyavka M., Koroleva V., Olshannikova S., Artyukhov V., Faizullin D., Zakhartchenko N., Zuev Y., Kondratyev M., Zakharova E. Novel biotechnological formulations of cysteine proteases, immobilized on chitosan. Structure, stability and activity. International Journal of Biological Macromolecules, 2021, vol. 180, pp. 161-176. Холявка М.Г., Наквасина М.А., Артюхов В.Г. Практикум по биотехнологии: иммобилизованные биологические объекты в системе лабораторных работ. Учебное пособие, Воронеж, 2017. Holyavka M.G., Nakvasina M.A., Artyuhov V.G. Praktikum po biotekhnologii: immobilizovannye biologicheskie ob"ekty v sisteme laboratornyh rabot. Uchebnoe posobie, Voronezh, 2017 (In Russ.). Холявка М.Г., Артюхов В.Г. Иммобилизованные биологические системы: биофизические аспекты и практическое применение. Учебное пособие, Воронеж, 2017. Holyavka M.G., Artyuhov V.G. Immobilizovannye biologicheskie sistemy: biofizicheskie aspekty i prakticheskoe primenenie. Uchebnoe posobie, Voronezh, 2017 (In Russ.). Baidamshina D.R., Trizna E.Y. et al. Anti-biofilm and wound-healing activity of chitosan-immobilized ficin. International Journal of Biological Macromolecules, 2020, vol. 164, pp. 4205-4217. Baidamshina D.R., Trizna E.Y. et al. Anti-biofilm and wound-healing activity of chitosan-immobilized ficin. International Journal of Biological Macromolecules, 2020, vol. 164, pp. 4205-4217. Fileti A.M.F., Fischer G.A., Tambourgi E.B. Neural modeling of bromelain extraction by reversed micelles. Brazilian Archives of Biology and Technology, 2010, vol. 53, pp. 455-463, doi: 10.1590/S1516-89132010000200026. Fileti A.M.F., Fischer G.A., Tambourgi E.B. Neural modeling of bromelain extraction by reversed micelles. Brazilian Archives of Biology and Technology, 2010, vol. 53, pp. 455-463, doi: 10.1590/S1516-89132010000200026. Grzonka Z., Kasprzykowski F., Wiczk W. Cysteine proteases. Industrial Enzymes, Springer, New York. J. Polaina, 2007, pp. 181-195. Grzonka Z., Kasprzykowski F., Wiczk W. Cysteine proteases. Industrial Enzymes, Springer, New York. J. Polaina, 2007, pp. 181-195. Konno K., Hirayama C., Nakamura M., Tateishi K., Tamura Y., Hattori M., Kohno K. Papain protects papaya trees from herbivorous insects: role of cysteine proteases in latex. The Plant Journal, 2004, vol. 37, pp. 370-378, doi: 10.1046/j.1365-313X.2003.01968.x. Konno K., Hirayama C., Nakamura M., Tateishi K., Tamura Y., Hattori M., Kohno K. Papain protects papaya trees from herbivorous insects: role of cysteine proteases in latex. The Plant Journal, 2004, vol. 37, pp. 370-378, doi: 10.1046/j.1365-313X.2003.01968.x. Khanna N., Panda P.C. The effect of papain on tenderization and functional properties of spending hen meat cuts. Indian Journal of Animal Research, 2007, vol. 41, pp. 55-58. Khanna N., Panda P.C. The effect of papain on tenderization and functional properties of spending hen meat cuts. Indian Journal of Animal Research, 2007, vol. 41, pp. 55-58. Baidamshina D.R., Trizna E.Y., Kayumov A.R., Koroleva V.A., Olshannikova S.S., Artyukhov V.G., Holyavka M.G., Bogachev M.I. Biochemical properties and anti-biofilm activity of chitosan-immobilized papain. Marine Drugs, 2021, vol. 19, p. 197. Baidamshina D.R., Trizna E.Y., Kayumov A.R., Koroleva V.A., Olshannikova S.S., Artyukhov V.G., Holyavka M.G., Bogachev M.I. Biochemical properties and anti-biofilm activity of chitosan-immobilized papain. Marine Drugs, 2021, vol. 19, p. 197. Silva D.F., Rosa H., Carvalho A.F.A., Neto P.O. Immobilization of papain on chitin and chitosan and recycling of soluble enzyme for deflocculation of Saccharomyces cerevisiae from bioethanol distilleries. Enzyme Research, 2015, art. id 573721, doi: 10.1155/2015/573721. Silva D.F., Rosa H., Carvalho A.F.A., Neto P.O. Immobilization of papain on chitin and chitosan and recycling of soluble enzyme for deflocculation of Saccharomyces cerevisiae from bioethanol distilleries. Enzyme Research, 2015, art. id 573721, doi: 10.1155/2015/573721. Albuquerque P.B.S., de Oliveira W.F., dos Santos Silva P.M., dos Santos Correia M.T., Kennedy J.F., Coelho L.C.B.B. Epiphanies of well-known and newly discovered macromolecular carbohydrates - A review. International Journal of Biological Macromolecules, 2020, vol. 156, pp. 51-66, doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.04.046. Albuquerque P.B.S., de Oliveira W.F., dos Santos Silva P.M., dos Santos Correia M.T., Kennedy J.F., Coelho L.C.B.B. Epiphanies of well-known and newly discovered macromolecular carbohydrates - A review. International Journal of Biological Macromolecules, 2020, vol. 156, pp. 51-66, doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.04.046. Королева В.А., Холявка М.Г., Артюхов В.Г., Сазыкина С.М., Тимошилова А.А., Олыпанникова С.С. Разработка методики иммобилизации фицина на матрицах кислоторастворимых хитозанов. В сборнике: Организация и регуляция физиолого-биохимических процессов. Межрегиональный сборник научных работ. Воронежский государственный аграрный университет им. Императора Петра I. Воронеж, 2015, с. 99-102. Koroleva V.A., Holyavka M.G., Artyuhov V.G., Sazykina S.M., Timoshilova A.A., Olypannikova S.S. Razrabotka metodiki immobilizacii ficina na matricah kislotorastvorimyh hitozanov. V sbornike: Organizaciya i regulyaciya fiziologo-biohimicheskih processov. Mezhregional'nyj sbornik nauchnyh rabot. Voronezhskij gosudarstvennyj agrarnyj universitet im. Imperatora Petra I. Voronezh, 2015, pp. 99-102 (In Russ.). Sabirova A.R., Rudakova N.L., Balaban N.P., Ilyinskaya O.N., Demidyuk I.V., Kostrov S.V., Rudenskaya G.N., Sharipova M.R. A novel secreted metzincin metalloproteinase from Bacillus intermedius. FEBS Lett., 2010, vol. 584, no. 21, pp. 4419-4425, doi: 10.1016/j.febslet.2010.09.049. Sabirova A.R., Rudakova N.L., Balaban N.P., Ilyinskaya O.N., Demidyuk I.V., Kostrov S.V., Rudenskaya G.N., Sharipova M.R. A novel secreted metzincin metalloproteinase from Bacillus intermedius. FEBS Lett., 2010, vol. 584, no. 21, pp. 4419-4425, doi: 10.1016/j.febslet.2010.09.049.