Bulletin of KSAU Bulletin of KSAU Вестник КрасГАУ 1819-4036 80192 БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ THE DESIGNING OF SUPRAMOLECULAR INDICATOR SYSTEM ‘CELLULOSE - NANODIAMOND - UREASE’ КОНСТРУИРОВАНИЕ НАДМОЛЕКУЛЯРНОЙ ИНДИКАТОРНОЙ СИСТЕМЫ «ЦЕЛЛЮЛОЗА - НАНОАЛМАЗ - УРЕАЗА» Посохина Е Д Posokhina E D katerina.p.93@mail.ru Ронжин Н О Ronzhin N O roniol@mail.ru Барон А В Baron A V alexeybaron@mail.ru Бондарь В С Bondar V S bondvs@mail.ru Сибирский федеральный университет ru Siberian Federal University ru Институт биофизики СО РАН - обособленного подразделения ФИЦ КНЦ СО РАН ru Institute of Biophysics SB RAS - Separate Division of FIC KSC SB RAS ru Институт биофизики СО РАН - обособленного подразделения ФИЦ КНЦ СО РАН ru Institute of Biophysics SB RAS - Separate Division of FIC KSC SB RAS ru Институт биофизики СО РАН - обособленного подразделения ФИЦ КНЦ СО РАН ru Institute of Biophysics SB RAS - Separate Division of FIC KSC SB RAS ru 25 12 2018 25 12 2018 6 277 282 21 12 2018 23 12 2018 https://vestnik.kgau.ru/en/nauka/article/80192/view

Последовательной иммобилизацией компонентов сконструирована надмолекулярная индикаторная сис- тема биохимического определения мочевины: целлюло- за - наноалмаз - уреаза. Модифицированные наноалма- зы (МНА) ковалентно иммобилизованы на полимерный носитель (гранулы ДЭАЭ-целлюлозы) с помощью реак- ции нуклеофильного присоединения. Установлено, что данная реакция, проводимая при весовом соотношении компонентов 4:1 (ДЭАЭ-целлюлоза : МНА), позволяет иммобилизовать до 110 мкг наночастиц на 1 мг полиме- ра. Биомаркер (фермент уреаза) был иммобилизован с помощью ковалентной пришивки на полученный компо- зит «полимер - МНА», поверхность которого была предварительно активирована бензохиноном. В срав- нительных экспериментах фермент иммобилизовали на исходные гранулы полимера с помощью неспецифиче- ской адсорбции и ковалентной пришивки. Активность фермента в полученных надмолекулярных комплексах определяли уреазным салицилат-гипохлоритным ме- тодом по образованию окрашенного продукта, который оценивали спектрофотометрически. Показано, что молекулы уреазы могут быть иммобилизованы на гра- нулы ДЭАЭ-целлюлозы посредством адсорбции и кова- лентной пришивки, проявляя после этого функциональ- ную активность в обоих случаях. Однако было показано, что при многоразовом использовании этих индикатор- ных систем для тестирования аналита наблюдается заметная инактивация фермента, что сопровождается снижением выхода окрашенного продукта. В то же вре- мя в сравнительных экспериментах было установлено, что фермент, ковалентно иммобилизованный на компо- зит «ДЭАЭ-целлюлоза - МНА», обладает большей функциональной эффективностью и обеспечивает бо- лее стабильный выход цветного продукта при много- кратном тестировании мочевины. Сравнительные ис- следования показали, что фермент, ковалентно при-шитый на композит «ДЭАЭ-целлюлоза - МНА», облада- ет также большей термостабильностью и значитель- но медленнее теряет активность при многоразовом использовании индикаторной системы для тестирова- ния мочевины при температуре 37 °C по сравнению с ферментом, ковалентно иммобилизованным на поли- мер. Результаты проведенных исследований открыва- ют перспективы конструирования нового класса мно- горазовых систем индикации (надмолекулярных ком- плексов «полимерный носитель - наноалмаз - биомар- кер») для биомедицинской аналитики.

A supramolecular indicator system (cellulose - nanodiamond - urease) for biochemical determination of urea was constructed by layer-by-layer immobilization of the com- ponents. Modified nanodiamonds (MND) were covalently immobilized on polymeric carrier (DEAE-cellulose granules) using nucleophilic addition reaction. It was established that during the reaction carried out at a weight ratio of components 4:1 (DEAE-cellulose : MND) up to 110 µg of the nanoparticles can be immobilized on 1 mg of the polymer. Biomarker (ure- ase) was covalently immobilized on the surface of polymer- MND composite previously activated by benzoquinone. In comparative experiments the enzyme was immobilized on initial polymeric granules using nonspecific adsorption and covalent immobilization. The enzyme activity in obtained supramolecular complexes was assessed spectrophotometrically in the size of optical density of formed colored reaction product using urease salicylate-hypochlorite method. It was shown that urease molecules can be immobi- lized on DEAE-cellulose granules by adsorption and covalent immobilization, exhibiting their functional activity in both cas- es. However, it was shown that at reusable use of these indi-cator systems for testing of analyte testing noticeable inacti- vation of enzyme that is followed by the decrease in an exit of painted product was observed. At the same time, in compara- tive experiments it was established that enzyme covalently immobilized on the DEAE-cellulose - MND composite had higher functional efficiency and enabled more stable yield of the colored product at multiple urea testing. Comparative studies showed that the enzyme covalently immobilized on the DEAE-cellulose - MND composite had also had higher thermal stability and more slowly lost its functional activity during multiple use of indicator system for urea testing at a temperature of 37°C, in comparison with enzyme immobilized in the same way on the polymer. The results of the study open the prospects for creation of a new class of reusable indicator systems (polymeric carrier - nanodiamond - bi- omarker supramolecular complexes) for biomedical analytics.

 наноалмаз целлюлоза уреаза иммобилизация надмолекулярный комплекс индикатор- ная система nanodiamond cellulose urease immobiliza- tion supramolecular complex indicator system