Использование искусственных твердотельных пор для измерения каталитической активности отдельных молекул пероксидазы хрена
Ю. Д. Иванов,
А. Н. Аблеев,
В. В. Шумянцева,
И. Д. Шумов,
В. С. Зиборов,
Е. Д. Неведрова,
А. В. Виноградова,
И. А. Иванова,
Н. В. Ваулин,
Д. В. Лебедев,
А. С. Букатин,
И. С. Мухин,
И. Н. Сараева,
П. Ю. Апель,
Е. С. Юшков,
А. И. Арчаков https://doi.org/10.18384/2949-5067-2025-1-40-51
Аннотация
Цель. Определение каталитической активности единичной молекулы пероксидазы хрена (ПХ) в реакции окисления субстрата 2,2'-азино-бис-[3-этилбензтиазолин-6-сульфоната] (АБТС) пероксидом водорода.
Процедура и методы. Для определения (мониторинга) каталитической активности ПХ использовали поровую технологию, что позволило провести анализ активности единичной молекулы ПХ без введения в систему дополнительных компонентов для усиления сигнала. Для этого использовали твёрдотельную пору размером около 5 нм, сформированную методом электронно-лучевого сверления в пластине нитрида кремния толщиной ~40 нм. Молекула ПХ была встроена в эту пору, после чего проводили анализ каталитической активности встроенной в пору молекулы, в присутствии АБТС и H2O2 путём измерения ионного тока, протекающего через пору со встроенной в неё молекулой ПХ.
Результаты. Мониторинг каталитической активности ПХ в реакции окисления АБТС был проведён путём регистрации ионного тока, протекающего через пору.
Теоретическая и/или практическая значимость. Было показано, что изготовленная пора может быть использована для мониторинга каталитической активности ПХ. Полученные результаты важны для развития работ в области исследования ферментов на уровне единичных молекул.
При поддержке: Эксперименты по определению активности фермента выполнены в рамках Программы фундаментальных научных исследований в Российской Федерации на долгосрочный период (2021–2030 годы) (№ 122030100168-2). Авторы выражают благодарность ОИВТ РАН за подготовку образцов. Работа по подготовке образцов была выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Государственное задание № 075-00269-25-00).
Об авторах
Ю. Д. Иванов
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В. Н. Ореховича; Объединенный институт высоких температур Российской академии наук
Россия
Россия
Иванов Юрий Дмитриевич – доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией нанобиотехнологии; ведущий научный сотрудник лаборатории № 6.2. – ударно-волновых воздействий
г. Москва
А. Н. Аблеев
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В. Н. Ореховича
Россия
Россия
Аблеев Александр Нариманович – ведущий инженер лаборатории нанобиотехнологии
г. Москва
В. В. Шумянцева
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В. Н. Ореховича
Россия
Россия
Шумянцева Виктория Васильевна – доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией биоэлектрохимии
г. Москва
И. Д. Шумов
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В. Н. Ореховича
Россия
Россия
Шумов Иван Дмитриевич – кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории нанобиотехнологии
г. Москва
В. С. Зиборов
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В. Н. Ореховича; Объединенный институт высоких температур Российской академии наук
Россия
Россия
Зиборов Вадим Серафимович – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории № 6.2. – ударно-волновых воздействий; ведущий специалист лаборатории нанобиотехнологии
г. Москва
Е. Д. Неведрова
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В. Н. Ореховича
Россия
Россия
Неведрова Екатерина Дмитриевна – младший научный сотрудник лаборатории нанобиотехнологии
г. Москва
А. В. Виноградова
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В. Н. Ореховича
Россия
Россия
Виноградова Ангелина Владимировна – младший научный сотрудник лаборатории нанобиотехнологии
г. Москва
И. А. Иванова
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В. Н. Ореховича
Россия
Россия
Иванова Ирина Александровна – младший научный сотрудник лаборатории исследований единичных биомакромолекул
г. Москва
Н. В. Ваулин
Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алфёрова Российской академии наук
Россия
Россия
Ваулин Никита Васильевич – лаборант лаборатории возобновляемых источников энергии
г. Санкт-Петербург
Д. В. Лебедев
Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алфёрова Российской академии наук
Россия
Россия
Лебедев Денис Владимирович – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории возобновляемых источников энергии
г. Санкт-Петербург
А. С. Букатин
Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алфёрова Российской академии наук
Россия
Россия
Букатин Антон Сергеевич – кандидат физико-математических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории возобновляемых источников энергии
г. Санкт-Петербург
И. С. Мухин
Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алфёрова Российской академии наук
Россия
Россия
Мухин Иван Сергеевич – доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией возобновляемых источников энергии
г. Санкт-Петербург
И. Н. Сараева
Физический институт им. П. Н. Лебедева Российской академии наук
Россия
Россия
Сараева Ирина Николаевна – кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории лазерной нанофизики и биомедицины отделения квантовой радиофизики им. Н. Г. Басова
г. Москва
П. Ю. Апель
Объединенный институт ядерных исследований
Россия
Россия
Апель Павел Юрьевич – доктор химических наук, начальник Центра прикладной физики Лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флерова
г. Дубна, Московская обл.
Е. С. Юшков
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Россия
Россия
Юшков Евгений Семенович – кандидат технических наук, доцент кафедры № 71 «Экономика и менеджмент в промышленности»
г. Москва
А. И. Арчаков
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В. Н. Ореховича
Россия
Россия
Арчаков Александр Иванович – доктор биологических наук, профессор, научный руководитель
г. Москва
Список литературы
1. АСМ-визуализация, измерение активности и физико-химических свойств единичных мономеров и олигомеров ферментов / Ю. Д. Иванов, Н. C. Буxаpина, Т. О. Плешакова, П. А. Фpанцузов, Н. В. Кpоxин, В. C. Зибоpов, А. И. Аpчаков // Биофизика. 2011. Т. 56. № 5. С. 939–944.
2. АСН-нанотехнология для визуализации, счёта, определения упругости и активности единичных белков цитохром Р 450-содержащих монооксигеназных систем / Ю. Д. Иванов, Н. С. Бухарина, П. А. Французов, Т. О. Плешакова, А. В. Мунро, Г. Хуэй Бон Хоа, А. И. Арчаков // Нанотехнологии и охрана здоровья. 2010. Т. 2. № 1. С. 30–35.
3. Direct Observation of enzyme activity with the atomic force microscope / M. Radmacher, M. Fritz, H. G. Hansma, P. K. Hansma // Science. 1994. Vol. 265. Iss. 5178. P. 1577–1579. DOI: 10.1126/science.8079171.
4. Measuring enzymatic activities with nanopores / Y. Sheng, S. Zhang, L. Liu, H.-C. Wu // ChemBioChem. 2020. Vol. 21. Iss. 15. P. 2089–2097. DOI: 10.1002/cbic.202000079.
5. Nanopore-based measurement of the interaction of P450cam monooxygenase and putidaredoxin at the single-molecule level / H. Chen, Y. Lin, Y.-T. Long, S. D. Minteer, Y.-L. Ying // Faraday Discussions. 2022. Vol. 233. P. 295–302. DOI: 10.1039/d1fd00042j.
6. Single-molecule nanopore enzymology / K. Willems, V. van Meervelt, C. Wloka, G. Maglia // Philosophical transactions of the Royal Society B, Biological sciences. 2017. Vol. 372. Iss. 1726. Article no. 20160230. DOI: 10.1098/rstb.2016.0230.
7. Label-free and real-time detection of protein ubiquitination with a biological nanopore / C. Wloka, V. van Meervelt, D. V. Gelder, N. Danda, N. Jager, C. P. Williams, G. Maglia // ACS Nano. 2017. Vol. 11. Iss. 5. P. 4387–4394. DOI: 10.1021/acsnano.6b07760.
8. A nanopore approach for analysis of caspase-7 activity in cell lysates / B. Pham, S. J. Eron, M. E. Hill, Xin Li, M. A. Fahie, J. A. Hardy, Min Chen // Biophysical Journal. 2019. Vol. 117. Iss. 5. P. 844–855. DOI: 10.1016/j.bpj.2019.07.045.
9. A selective activity-based approach for analysis of enzymes with an OmpG nanopore / M. A. Fahie, B. Pham, F. Li, M. Chen // Methods in Molecular Biology. 2021. Vol. 2186. P. 115–133. DOI: 10.1007/978-1-0716-0806-7_9.
10. Рогожин В. В., Кутузова Г. Д., Угарова Н. Н. Ингибирование пероксидазы хрена N-этиламидом о-сульфобензоилуксусной кислоты // Биоорганическая химия. 2000. Т. 26. № 2. С. 156–160.
11. Davies P. F., Rennke H. G., Cotran, R. S. Influence of molecular charge upon the endocytosis and intracellular fate of peroxidase activity in cultured arterial endothelium // Journal of Cell Science. 1981. Vol. 49. Iss. 1. P. 69–86. DOI: 10.1242/jcs.49.1.69.
12. Sander S. A., Bray R. C., Smith A. T. pH-dependent properties of a mutant horseradish peroxidase isoenzyme C in which Arg38 has been replaced with lysine // European Journal of Biochemistry. 1994. Vol. 224. Iss. 3. P. 1029–1037. DOI: 10.1111/j.1432-1033.1994.01029.x.
Рецензия
Просмотров:
66
Послать статью по эл. почте 