نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه بیوتکنولوزی، دانشکده علوم زیستی،دانشگاه الزهرا(س)، تهران، ایران

2 دانشیار، گروه بیوتکنولوژی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه الزهرا (س)، تهران، ایران

چکیده

ساختارهای نانوپروتئینی می­توانند توسط توانایی ذاتی خودتجمعی مولکول­ها تشکیل شوند که این توانایی می تواند به­وسیله حدواسط­ها اصلاح گردد. در میان عوامل خودتجمعی ذاتی پروتئین ها، هیدروفوبیسیته مهمترین عامل است. مولکول­هایحدواسطی مانند گلوتارآلدئید می تواند باعث تجمع پروتئینی و تشکیل نانوذره گردند. در این پژوهش از نرم افزار Aggrescan 3D  برای بررسی پروتئین­هایی که خاصیت خودتجمعی دارند استفاده شد و به این ترتیب آنزیم پراکسیداز با توانایی خودتجمعی انتخاب گردید و با استفاده از گلوتارآلدهید این آنزیم به نانوآنزیم تبدیل شد. آنالیزهای FESM و DLS نشان دادند که اندازه متوسط نانوآنزیم 500 نانومتر می باشد فعالیت نانوآنزیم نسبت به فعالیتآنزیم مونومر در دمای بهینه 20 درجه سلسیوس و pH بهینه 7 کاهش یافته است. با استفاده از همولوژی مدلینگ ساختار PDB دو آنزیم پراکسیداز به دست آمد و با داکینگ، اتصال گلوتارآلدهید به این دو بررسی شد. با استفاده از نرم افزار LigPlot مشاهده شد آمینو اسیدها با پیوند هیدروژنی به گلوتارآلدهید متصل شده اند و برای بررسی کاهش فعالیت نانو آنزیم، اتصالات جایگاه فعال  با سرور COACH بررسی گردید و   مشاهده شد که گلوتارآلدهید به آمینو اسیدهای  جایگاه فعال نانو آنزیم متصل شده است. شبیه سازی دینامیک مولکولی نشان داد که آنزیم مونومر و نانو آنزیم در دمای 30 درجه سیلسیوس و زمان 5 نانوثانیه پایدار هستند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Characterization and nanoparticle synthesis of peroxidase by computational and experimental methods

نویسندگان [English]

  • Shima Fooladband 1
  • parinaz ghadam 2
  • mahboubeh zarrabi 2

1 MSC.Department of Biotechnology, Faculty of Biological ciences, Alzahra University, tehran, Iran

2 Associate Professor, Department of Biotechnology, Faculty of Life Sciences, Al-Zahra University, Tehran, Iran

چکیده [English]

Nano protein structures can be formed by the intrinsic ability of molecular self-assembly or via intermediates which improve their assembly. Hydrophobicity is the most important factor among the other intrinsic self-assembly factors and the other intermediates such as glutaraldehyde may lead to protein-assembly and nanoparticles formation. In this study, Aggrescan 3D software was employed to investigate protein self-assembly properties. Peroxidase enzyme was selected to form protein nanoparticle, and glutaraldehyde changed it to a nano enzyme.FESEM and DLS analysis represented that the average size of nano enzyme is about 500 nanometers. Comparing biochemical properties of peroxidase enzyme before and after changing into nano, showed that the activity of nano enzyme at 20°C, pH7 has decreased as compared to the monomeric enzyme. Based on homology, the PDB structure of two peroxidase enzyme was identified. Then, the connection between glutaraldehyde and two peroxidase enzymes was detected. Enzyme residues with hydrogen binding connections to glutaraldehyde were also detected by using LigPlot software and the residues in active side of enzyme were determined by COACH server. Glutaraldehyde is connected to residues in active siteof the enzyme. Molecular dynamic Simulation was performed in the time duration of 5 nanoseconds and 30°C and it showed that monomer enzyme and nano enzyme are both stable in this time duration and temperature.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Aggregation
  • Biocomputational methods
  • Nano peroxidase enzyme

Amdursky, N., Molotskii, M., Gazit, E., & Rosenman, G. (2010). Elementary building blocks of self-assembled peptide nanotubes. J Am Chem Soc, 132(44), 15632–15636. https://doi.org/10.1021/ja104373e

Chattopadhey, K and Mazumdar, S. (2006). Structural and conformation stability of horseradish peroxidase effect of temperature and pH. Biochemistry,39(1), 263–270,  https://doi.org/10.1021/bi990729o

Feverati, G., Achoch, M., Zrimi, J., Vuillon, L., & Lesieur, C. (2012). Beta-strand interfaces of non-dimeric protein oligomers are characterized by scattered charged residue patterns. PLoS ONE, 7(4), e32558. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0032558

Klaessig, F., Marrapese, M., & Abe, S. (2011). Nanotechnology Standards. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-7853-0

Liu, G., Lin, Y., Ostatná, V., & Wang, J. (2005). Enzyme nanoparticles-based electronic biosensor. Chemical Communications (Cambridge, England), (27), 3481–3483. https://doi.org/10.1039/b504943a

Luo, Q., Hou, C., Bai, Y., Wang, R., & Liu, J. (2016). Protein Assembly: Versatile Approaches to Construct Highly Ordered Nanostructures. Chemical Reviews, 116(22), 13571–13632. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00228

Lenga, Robert E. (1988). The Sigma-Aldrich library of chemical safety data. [Milwaukee, Wis., USA] :Sigma-Aldrich Corp.

Philo, J., & Arakawa, T. (2009). Mechanisms of Protein Aggregation. Current Pharmaceutical Biotechnology, 10(4), 348–351. https://doi.org/10.2174/138920109788488932

Qi, K., Ma, Q., Remsen, E. E., Clark, C. G., & Wooley, K. L. (2004). Determination of the bioavailability of biotin conjugated onto shell cross-linked (SCK) nanoparticles. Journal of the American Chemical Society, 126(21), 6599–6607. https://doi.org/10.1021/ja039647k

Selkoe, D. J. (2003). Folding proteins in fatal ways. Nature, 426(6968), 900–904. https://doi.org/10.1038/nature02264

Sripriyalakshmi S, Jose P, Ravindran A, et al. Recent trends in drug delivery system using     

        protein nanoparticles.Cell Biochem Biophys. (2014); 70:17–26.

Yan, X., Zhu, P., & Li, J. (2010). Self-assembly and application of diphenylalanine-based nanostructures. Chemical Society Reviews, 39(6), 1877-1890. https://doi.org/10.1039/b915765b

Zambrano, R., Jamroz, M., Szczasiuk, A., Pujols, J., Kmiecik, S., & Ventura, S. (2015). AGGRESCAN3D (A3D): Server for prediction of aggregation properties of protein structures. Nucleic Acids Research, 43(W1), W306–W313. https://doi.org/10.1093/nar/gkv359