MicroGelzyme: pH-unabhängige Immobilisierung von Cytochrom P450 BM3 in Mikrogelen

20.11.2020
  Maximilian Nöth und Larissa Hussmann Urheberrecht: © BIO VI

Maximilian Nöth, Larissa Hussman, Thomke Belthle, Islam El-Awaad, Mehdi D. Davari, Felix Jakob, Andrij Pich* und Ulrich Schwaneberg* Biomacromolecules, 2020, DOI: doi.org/10.1021/acs.biomac.0c01262

‡ Gleiche Autorenbeteiligung

Project: SFB 985

Förderung: DFG: Collaborative Research Centre 985 “Functional Microgels and Microgel Systems; BMBF: Next Generation of Biotechnological Processes – Biotechnology 2020+

Subgroup: Biohybrid Systems und Computational Biology

 

Die Cytochrom P450 BM3 Monooxygenase wurde in permanent, positiv geladenen Poly(N-Vinylcaprolactam)-Mikrogelen mit 1-Vinyl-3-Methylimidazolium als Comonomer, ohne Verlust der katalytischen Aktivität, elektrostatisch immobilisiert.

Mikrogele sind aufgrund ihrer chemischen Stabilität, Prozessstabilität, Biokompatibilität und hohen Enzymimmobilisierungskapazität eine vielversprechende Klasse von Trägermaterialien für die Enzymimmobilisierung In dieser Arbeit wurde ein neuer Typ von permanent positiv geladenen Poly(N-Vinylcaprolactam)-Mikrogelen mit 1-Vinyl-3-Methylimidazolium (Quaternisierung des Stickstoff von 1-Vinylimidazol durch Methylierung) als Comonomer (PVCL/VimQ) synthetisiert. Die PVCL/VimQ-Mikrogele wurden im Hinblick auf ihre Größe, Ladung, Quellungsgrad sowie ihre Temperatur Responsivität in wässrigen Lösungen charakterisiert. Cytochrom P450 Monooxygenasen sind in der Regel schwierig zu immobilisieren, da mit der Immobilisierung oft hohe Aktivitätsverluste einhergehen (im Falle von P450 BM3 bis zu 100 % Aktivitätsverlust). P450 BM3 konnte in permanent, positiv geladenen PVCL/VimQ-Mikrogelen (P450 µ-Gelzyme) ohne Verlust der katalytischen Aktivität immobilisiert werden (Immobilisierung im pH-Optimum). Die Freisetzung von P450 BM3 aus PVCL/VimQ Mikrogelen sowie die anschließende erneute Immobilisierung von neuer P450 BM3 in denselben Mikrogelen, konnte durch Modulation der Ionenstärke gesteuert werden. Darüber hinaus konnten die P450 µ-Gelzyme für mehrere Zyklen wiederverwendet werden. Abschließend wurde die Resistenz der P450 µ-Gelzyme gegen die organischen Lösungsmittel (Acetonitril, Dimethylsulfoxid, 2-Propanol) untersucht, um das biokatalytische Anwendungspotenzial von P450 µ-Gelzymen zu bewerten.

  P450 BM3 in permanent positiv geladenen Poly(N-Vinylcaprolactam)-Mikrogelen Urheberrecht: © American Chemical Society  

Abbildung P450 BM3 konnte in permanent positiv geladenen Poly(N-Vinylcaprolactam)-Mikrogelen mit 1-Vinyl-3-Methylimidazolium als Comonomer unabhängig vom pH Wert elektrostatische immobilisiert werden. Die permanente, positive Ladung wurde durch Quaternisierung des Stickstoffs von 1-Vinylimidazol durch Methylierung erzeugt. Reproduziert mit Erlaubnis von Nöth et al. (2020).