افزايش فعاليت و پايداري پنائوس وانامي پروتئاز در برابر اثرات سمي فلزات سنگين با تثبيت روي نانوذرات كيتوزان

Enhancing Activity and Stability of Penaeus vannamei Protease against Heavy Metal Poisoning via immobilization on Chitosan Nanoparticles

آنزيم‌هاي جانداران دريايي كانديداي مناسبي براي پايش زيستي سنجش آلودگي‌ها در محيط‌هاي دريايي هستند. براي استفاده گسترده از آنزيم‌ها در فرآيندهاي صنعتي كه در شرايط فيزيكوشيميايي خاص انجام مي‌شوند، بايستي پايداري آنها را بهبود بخشيد. در اين پژوهش با استفاده از نانوذره‌هاي كيتوزان به‌عنوان بستري سازگار با سيستم‌هاي زيستي گامي موثر در جهت افزايش پايداري و حفظ فعاليت آنزيم پروتئاز خالص‌‌شده از ميگوي پنائوس وانامي در برابر يون‌هاي فلزي برداشته شد. پس از فعال‌نمودن نانوذره به‌منظور اتصال الكترواستاتيك آنزيم به نانوذره، محلول پروتئيني با غلظت 7ميلي‌گرم بر ميلي‌ليتر به نانوذره اضافه و به‌مدت 4ساعت در دماي C°10 انكوبه شد، سپس بعد از سه‌بار شست‌وشو با بافر فسفات با pH برابر 7/5، نانوآنزيم در يك‌ميلي‌ليتر بافر فسفات حل و براي پژوهش‌هاي بعدي استفاده شد. نتايج اين تحقيق نشان داد كه يون‌هاي Fe2+ و Mn2+ به‌‌طور قابل توجهي فعاليت آنزيم را افزايش دادند، اثر مهاري قوي در حضور يون‌هاي Cu2+، Zn2+، +2Cd، Hg2+، Co2+ و +2Ni و اثر مهاري ضعيفي در حضور يون‌هاي +K و Na+ مشاهده شد. آنزيم تثبيت‌شده نسبت به همتاي آزادش مقاومت بيشتري به يون‌هاي فلزي از خود نشان داد، در حالي كه آنزيم آزاد نسبت به حضور يون‌هاي فلزي حساس بود و با افزايش غلظت آنها كاهش فعاليت آنزيم محسوس‌تر بود. پايداري بالاي آنزيم تثبيت‌شده به‌دليل حضور نانوذره‌هاي كيتوزان است. حفظ پايداري آنزيم تثبيت‌شده در غلظت‌هاي بالاي يون‌هاي فلزي بيانگر كارآيي بالاي روش تثبيت در حفظ پايداري و فعاليت آنزيم تثبيت‌شده بود.

Enzymes of marine organisms are ideal candidates for biomonitoring of pollution in marine environments. For the widespread use of enzymes in industrial processes, carried out under certain physico-chemical conditions, their stability must be improved. In this study, for the first time, chitosan nanoparticles were used as matrices for augmenting the stability of Penaeus vannamei (Whiteleg shrimp)-derived purified proteases against metallic ions. For the electrostatic binding of the enzyme to the chitosan nanoparticles, the protein solution at a concentration of 7mg/ml was added to the nanoparticles, and incubated for 4 hours at 10°C. After 3 times rinsing with phosphate buffer of pH=7.5, the nano-enzyme was dissolved in 1ml phosphate buffer, and used for further studies. The results of this study showed that Fe2+ and Mn2+ significantly increased the enzyme activity, whereas a strong inhibitory effect was observed in the presence of Cd2+, Hg2+, Co2+, Ni2+, Cu2+ and Zn2+, and a weak inhibitory effect in the presence of Na+ and K+. The immobilized enzyme exhibited greater resistance to metal ions than its free counterpart. The free enzyme was susceptible to the presence of metal ions, and with the increment of their concentrations, enzyme activity declines. From this nexus, it could be inferred that the high stability of immobilized enzyme is due to the presence of chitosan nanoparticles. Stability retention of the immobilized enzyme at high concentrations of metal ions indicates the efficacy and utility of the immobilization method in industrial enzyme technology.