اثر اوره، گوانیدین هیدروکلراید و حلال‌های آلی بر فعالیت سینتیکی آنزیم پروتئینازK-

نویسندگان

1 گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

2 گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

چکیده
اهداف: پروتئیناز K یک اندوپپتیداز خارج سلولی است که توسط قارچ تریتیراچیوم آلبوم لیمبر (Tritirachum album Limber) ترشح می‌شود و متعلق به رده سرین‌اندوپپتیدازها است. این آنزیم در مطالعات مربوط به پروتئین‌ها کاربرد دارد. هدف مطالعه حاضر بررسی اثر اوره، گوانیدین‌هیدروکلراید و سه حلال آلی متانول، اتانول و ایزوپروپانول بر فعالیت سینتیکی آنزیم پروتئیناز K بود.

مواد و روش‌ها: در مطالعه تجربی حاضر مطالعات سینتیکی با دستگاه اسپکتروفتومتر UV-Vis، در دمای °C۴۰، pH برابر ۷/۴ و غلظت‌های مختلف سوبسترا، اوره و گوانیدین‌هیدروکلراید انجام شد.

یافته‌ها: اوره در غلظت‌های یک و ۲‌مولار موجب کاهش Vmax و Km آنزیم شد، ولی در غلظت‌های بالاتر مانند ۳ و ۴مولار فعالیت آنزیم را افزایش داد. گوانیدین‌هیدروکلراید بر فعالیت آنزیم اثر مهارکنندگی داشت، به‌طوری که در غلظت‌های یک، ۲ و ۳‌مولار موجب کاهش در Vmax و Kmشد و به‌عنوان مهارکننده نارقابتی برای آنزیم عمل کرد. حلال‌های آلی متانول، اتانول و ایزوپروپانول در غلظت‌های پایین اثر فعال‌کنندگی و در غلظت‌های بالا اثر مهاری بر فعالیت سینتیکی آنزیم پروتئیناز K داشتند.

نتیجه‌گیری: اوره در غلظت‌های پایین اثر مهاری و از غلظت ۲مولار به بالا اثر فعال‌کنندگی بر فعالیت آنزیم دارد، ولی گوانیدین‌هیدروکلراید در تمامی غلظت‌ها اثر مهاری نشان می‌دهد و می‌توان از آن به‌عنوان یک مهارکننده آنزیم نام برد. اثر حلال‌های آلی متانول، اتانول و ایزوپروپانول روی فعالیت آنزیم پروتئیناز K به درصد حجمی- حجمی آنها بستگی دارد؛ آنها در درصد‌های پایین باعث فعال‌شدن آنزیم می‌شوند، ولی در درصدهای بالا اثر مهاری دارند، به‌طوری که متانول زیر ۳۰%، اتانول و ایزوپروپانول کمتر از ۵۰% آنزیم را فعال می‌کنند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Ebeling W, Hennrich N, Klockow M, Metz H, Orth HD, Lang H. Proteinase K from Tritirachium album limber. Eur J Biochem. 1974;47(1):91-7. [Link] [DOI:10.1111/j.1432-1033.1974.tb03671.x]
Hosseini Koupaei M, Shareghi B, Saboury AA, Davar F. Molecular investigation on the interaction of spermine with proteinase K by multispectroscopic techniques and molecular simulation studies. Int J Biol Macromol. 2017;94(Pt A):406-14. [Link]
Panek JJ, Mazzarello R, Novič M, Jezierska-Mazzarello A. Impact of Mercury (II) on proteinase K catalytic center: Investigations via classical and Born-Oppenheimer molecular dynamics. Mol Divers. 2011;15(1):215-26. [Link] [DOI:10.1007/s11030-010-9256-3]
Hosseini Koupaei M, Shareghi B, Saboury AA. Conjugation of biogenic polyamine (putrescine) with proteinase K: Spectroscopic and theoretical insights. Int J Biol Macromol. 2017;98:150-8. [Link] [DOI:10.1016/j.ijbiomac.2017.01.111]
Hosseini Koupaei M, Shareghi B, Saboury AA, Davar F, Semnani A, Evini M. Green synthesis of zinc oxide nanoparticles and their effect on the stability and activity of proteinase K. RSC Adv. 2016;6(48):42313-23. [Link] [DOI:10.1039/C5RA24862K]
Bajorath J, Hinrichs W, Saenger W. The enzymatic activity of proteinase K is controlled by calcium. Eur J Biochem. 1988;176(2):441-7. [Link] [DOI:10.1111/j.1432-1033.1988.tb14301.x]
Hosseini Koupaei M, Shareghi B, Saboury A, Davar F, Raisi F. The effect of spermidine on the structure, kinetics and stability of proteinase K: Spectroscopic and computational approaches. RSC Adv. 2016;6(107):105476-86. [Link] [DOI:10.1039/C6RA20975K]
Nooraei P, Shareghi B, Salavati Niasari M, Shahbazkia HR, Semnani A. Comparative studies on the interaction of proteinase-K with nano-CuO and copper ions. J Nanostruct. 2012;2(1):35-41. [Link]
Privalov PL, Crane-Robinson C. Role of water in the formation of macromolecular structures. Eur Biophys J. 2017;46(3):203-24. [Link] [DOI:10.1007/s00249-016-1161-y]
Canchi DR, García AE. Cosolvent effects on protein stability. Annu Rev Phys Chem. 2013;64:273-93. [Link] [DOI:10.1146/annurev-physchem-040412-110156]
Koops BC, Verheij HM, Slotboom AJ, Egmond MR. Effect of chemical modification on the activity of lipases in organic solvents. Enzyme Microb Technol. 1999;25(7):622-31. [Link] [DOI:10.1016/S0141-0229(99)00090-3]
Fernández M, Fragoso A, Cao R, Ba-os M, Ansorge-Schumacher M, Hartmeier W, et al. Functional properties and application in peptide synthesis of trypsin modified with cyclodextrin-containing dicarboxylic acids. J Mol Catal B, Enzym. 2004;31(1-3):47-52. [Link] [DOI:10.1016/j.molcatb.2004.07.007]
Stone LA, Jackson GS, Collinge J, Wadsworth JD, Clarke AR. Inhibition of proteinase K activity by copper (II) ions. Biochemistry. 2007;46(1):245-52. [Link] [DOI:10.1021/bi061646s]
Cornish-Bowden, A. Principles of enzyme kinetics. New York City: Elsevier; 1976. p. 14201760.- [Link]
Eisenthal, R, Danson MJ. Enzyme assays: A practical approachJournal ofBiochemistry and Biophysics. In: Eisenthal, R, Danson MJ editors. Enzyme Assays: A Practical Approach. Oxford: Oxford University Press; 2002. p. 257: 70-94. [Link]
Fink AL, Calciano LJ, Goto Y, Kurotsu T, Palleros DR. Classificationof acid denaturation of proteins: intermediates and unfolded states. Biochem. 1994;33(41):12504-11. [Link] [DOI:10.1021/bi00207a018]
Makhatadze GI, Privalov PL. Protein interactions with urea and guanidinium chloride, a calorimetric study. J Mol Biol. 1992;226(2):491-505. [Link] [DOI:10.1016/0022-2836(92)90963-K]
Barone G, Rizoo E, Vitagliano V. Opposite effect of urea and some of its derivatives on water structure. J Phys Chem. 1970;74(10):2230-2. [Link] [DOI:10.1021/j100909a037]
Courtenay ES, Capp MW, Record MT Jr. Thermodynamics of interactions of urea and guanidinium salts with protein surface: Relationship between solute effects on protein processes and changes in water-accessible surface area. Protein Sci. 2001;10(12):2485-97. [Link] [DOI:10.1110/ps.ps.20801]
Hilz H, Wiegers U, Adamietz P. Stimulation of proteinase K action by denaturing agents: Application to the isolation of nucleic acids and the degradation of 'masked' proteins. Eur J Biochem. 1975;56(1):103-8. [Link] [DOI:10.1111/j.1432-1033.1975.tb02211.x]
Bennion BJ, Daggett V. The molecular basis for the chemical denaturation of proteins by urea. Proc Natl Acad Sci U S A. 2003;100(9):5142-7. [Link] [DOI:10.1073/pnas.0930122100]
Tao Y, Rao ZH, Liu SQ. Insight derived from molecular dynamics simulation into substrate-induced changes in protein motions of proteinase K. J Biomol Struct Dyn. 2010;28(2):143-58. [Link] [DOI:10.1080/073911010010524953]
Harris JI. Effect of urea on trypsin and alpha-chymotrypsin. Nature. 1956;177(4506):471-3. [Link] [DOI:10.1038/177471a0]
Venkatesu P, Lee MJ, Lin HM. Thermodynamic characterization of the osmolyte effect on protein stability and the effect of GdnHCl on the protein denatured state. J Phys Chem B. 2007;111(30):9045-56. [Link] [DOI:10.1021/jp0701901]
Yancey PH, Clark ME, Hand SC, Bowlus RD, Somero GN. Living with water stress: Evolution of osmolyte systems. Science. 1982;217(4566):1214-22. [Link] [DOI:10.1126/science.7112124]
Raducan A, Cantemir AR, Puiu M, Oancea D. Kinetics of hydrogen peroxide decomposition by catalase: Hydroxylic solvent effects. Bioprocess Biosyst Eng. 2012;35(9):1523-30. [Link] [DOI:10.1007/s00449-012-0742-0]
Pittz EP, Timasheff SN. Interaction of ribonuclease A with aqueous 2-methyl-2,4-pentanediol at pH 5.8. Biochemistry. 1978;17(4):615-23. [Link] [DOI:10.1021/bi00597a009]
Sola-Penna M, Meyer-Fernandes JR. Stabilization against thermal inactivation promoted by sugars on enzyme structure and function: Why is trehalose more effective than other sugars?. Arch Biochem Biophys. 1998;360(1):10-4. [Link] [DOI:10.1006/abbi.1998.0906]
Kumar A, Attri P, Venkatesu P. Effect of polyols on the native structure of α-chymotrypsin: A comparable study. Thermochimi Acta. 2012;536:55-62. [Link] [DOI:10.1016/j.tca.2012.02.027]
Tomar R, Dubey VK, Jagannadham MV. Effect of alkyl alcohols on partially unfolded state of proteinase K: Differential stability of α-helix and β-sheet rich regions of the enzyme. Biochimie. 2009;91(8):951-60. [Link] [DOI:10.1016/j.biochi.2009.04.013]