پایدارسازی آنزیم‌های صنعتی با استفاده از ترکیبات هتروسیکلیک: بررسی اثر ایندول و ترانس چالکون بر پایداری حرارتی و فرم آمورف آنزیم آلفا آمیلاز باسیلوس آمیلو لیکوئی فاشینس
الموضوعات : biochemicalلیلا ادیبی 1 , پریچهر یغمایی 2 , پروانه مقامی 3 , آزاده ابراهیم حبیبی 4
1 - گروه زیست‌شناسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 - گروه زیست‌شناسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
3 - گروه زیست‌شناسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
4 - متابولیسم، پژوهشکده علوم بالینی غدد و متابولیسم، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران، ایران
الکلمات المفتاحية: کلیدواژه‌ها: آنزیم‌های صنعتی, ترکیبات هتروسیکلیک, ایندول, ترانس چالکون, پایداری حرارتی, آلفا آمیلاز, باسیلوس آمیلو لیکوئی فاشینس.,
ملخص المقالة :
هدف: پروتئین‌ها می‌توانند با تغییر ساختار طبیعی، به سمت تجمعات آمیلوئیدی یا بدون شکل (آمورف) پیش روند. تجمع‌های بی‌شکل، به خصوص در مورد آنزیم‌های با کاربرد صنعتی یا درمانی، با اهمیت هستند و می‌توانند موجب بروز واکنش‌های نامطلوب در بدن شوند. آنزیم آلفا آمیلاز ازجمله آنزیم‌های صنعتی بوده و در پژوهش حاضر تاثیر ترکیبات ایندولی و ترانس- چالکون بر پایداری و تشکیل تجمعات آمورف آن بررسی شده است.
مواد و روش‌ها: پایداری دمایی آنزیم با بررسی فعالیت باقیمانده آن در طول زمان (20 دقیقه) در 60 درجه سانتیگراد مطالعه شده است. بررسی تجمع آمورف آنزیم با استفاده از اسپکتروفوتومتر و با اندازه‌گیری کدورت محلول به صورت کینتیکی انجام شد. آزمون‌های میزان دآمیداسیون آنزیم و تست کنگو رد به ترتیب جهت بررسی تغییر کووالان و عدم تشکیل تجمع‌های آمیلوئیدی انجام شد. این آزمایش‌ها در غیاب و حضور ترانس چالکون و مشتقات ایندول انجام شدند و وضعیت تجمع آمورف آنزیم با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری مطالعه شد.
یافته‌ها: ایندول، که یک ترکیب هتروسیکلیک حاوی نیتروژن است، نسبت به ترانس چالکون که ساختار پیش‌ساز فلاونوئیدهاست، تاثیر بهتری بر پایدارسازی آنزیم و مهار تجمع آن دارد. میزان دآمیداسیون آنزیم در حضور ایندول کمتر از ترانس چالکون بود. بررسی تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری نیز نشان داد که در حضور ایندول، ذرات تجمع آمورف میزان کمتری دارند.
نتیجه‌گیری: ساختار ایندولی به عنوان کاندیدای مناسبی برای طراحی ترکیبات مهارکننده تجمع آمورف پیشنهاد می‌شود.
Aleem B & et al. Random mutagenesis of super Koji (Aspergillus oryzae): improvement in production and thermal stability of α-amylases for maltose syrup production. BMC microbiology. 2018; 18(1): 1-13.
2. Daoud F B-O, Kaddour S & Sadoun T. Adsorption of cellulase Aspergillus niger on a commercial activated carbon: kinetics and equilibrium studies. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2010; 75(1): 93-99.
3. Yandri Y & et al. The effect of zeolite/chitosan hybrid matrix for thermal-stabilization enhancement on the immobilization of Aspergillus fumigatus α-amylase. Emerging Science Journal. 2022; 6(3).
4. Rodríguez V B & et al. Enzymatic Hydrolysis of Soluble Starch with an α‐Amylase from Bacillus licheniformis. Biotechnology progress. 2006; 22(3): 718-722.
5. Sharma P & et al. Hunt for α-amylase from metagenome and strategies to improve its thermostability: a systematic review. World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2022; 38(11): 203.
6. Brown I & et al. Kinetic study of the thermal denaturation of a hyperthermostable extracellular α-amylase from Pyrococcus furiosus. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Proteins and Proteomics. 2013; 1834(12): 2600-2605.
7. Alikhajeh J & et al. Structure of Bacillus amyloliquefaciens α-amylase at high resolution: implications for thermal stability. Acta Crystallographica Section F: Structural Biology and Crystallization Communications. 2010; 66(2): 121-129.
8. Khajeh K & et al. Acidic and proteolytic digestion of α-amylases from Bacillus licheniformis and Bacillus amyloliquefaciens: stability and flexibility analysis. Enzyme and microbial technology. 2006; 38(3-4): 422-428.
9. Zonouzi R & et al. Role of the salt bridge between Arg176 and Glu126 in the thermal stability of the Bacillus amyloliquefaciens α-amylase (BAA). J Microbiol Biotechnol. 2013; 23(1): 7-14.
10. Yuan S & et al. Improving thermostability of Bacillus amyloliquefaciens alpha-amylase by multipoint mutations. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2023; 653: 69-75.
11. Deb P & et al. Production and partial characterization of extracellular amylase enzyme from Bacillus amyloliquefaciens P-001.SpringerPlus. 2013; 2: 1-12.
12. Dey T B & et al. Improvement of microbial α-amylase stability: strategic approaches. Process Biochemistry. 2016; 51(10): 1380-1390.
13. Hormoznejad R & et al. Optimization of the alpha-Amylase production from microbial source: A systematic review of experimental studies. Trends in Medical Sciences. 2022; 2(2).
14. Silva C & et al. Practical insights on enzyme stabilization. Critical reviews in biotechnology. 2018; 38(3): 335-350.
15. Shojaee H, Sabbaghian M & Ebrahim‐Habibi A. Acarbose and the thermal aggregation of Bacillus amyloliquefaciens alpha‐amylase (BAA): protective effect of an inhibitor. Journal of Chemical Technology & Biotechnology. 2016; 91(5): 1397-1402.
16. Ahmad A & Mishra R. Differential effect of polyol and sugar osmolytes on the refolding
of homologous alpha amylases: A comparative study. Biophysical Chemistry. 2022; 281: 106733.
17. Shiraki K & et al. Effect of additives on liquid droplets and aggregates of proteins. Biophysical Reviews. 2020; 12: 587-592.
18. Saadati-Eskandari N & et al. Phenylalanine and indole effects on the pathogenicity of human lysozyme amorphous aggregates. Enzyme and Microbial Technology. 2022; 158: 110036.
19. Torabizadeh H, Tavakoli M & Safari M. Immobilization of thermostable α-amylase from Bacillus licheniformis by cross-linked enzyme aggregates method using calcium and sodium ions as additives. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic. 2014; 108: 13-20.
20. Abootalebi S N & et al. Screening, characterization and production of thermostable alpha-amylase produced by a novel thermophilic Bacillus megaterium isolated from pediatric intensive care unit. Journal of Environmental Treatment Techniques. 2020; 8(3): 952-960.
21. Hammami A & et al. Proteolytic and amylolytic enzymes from a newly isolated Bacillus mojavensis SA: characterization and applications as laundry detergent additive and in leather processing. International journal of biological macromolecules. 2018; 108: 56-68.
22. Missau J & et al. Immobilization of commercial inulinase on alginate–chitosan beads. Sustainable Chemical Processes. 2014; 2: 1-6.
23. Mahmood Najafian The Effects of Curcumin on Alpha Amylase in Diabetics Rats. Zahedan J Res Med Sci. 2015; 17(12): e5198. https://doi.org/10.17795/zjrms-5198.
24. Asther M & Meunier J-C. Increased thermal stability of Bacillus licheniformis α-amylase in the presence of various additives. Enzyme and microbial technology. 1990; 12(11): 902-905.
25. Santos C, Tomasula P & Kurantz M. Deamidation Kinetics of Precipitated by Carbon Dioxide Compared with Commercial Caseinates. Journal of food science. 1999; 64(3):
400-404.
26. Haghighi-Poodeh S & et al. Monocyclic phenolic compounds stabilize human insulin and suppress its amorphous aggregation: In vitro and in vivo study. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2019; 518(2): 362-367.
27. Saadati-Eskandari N & et al. Amino acids as additives against amorphous aggregation: in vitro and in silico study on human lysozyme. Applied biochemistry and biotechnology. 2019; 189: 305-317.
28. Elhaddaoui A & et al. Mechanism of congo red binding to amyloid proteins with a beta pleated sheet structure. In: Fifth International Conference on the Spectroscopy of Biological Molecules; 1993. Springer.
29. Stepankova V & et al. Strategies for stabilization of enzymes in organic solvents. Acs Catalysis. 2013; 3(12): 2823-2836.
30. Samborska K. Enhancement of thermal stability of Aspergillus oryzae alpha-amylase using stabilizing additives. Acta Agrophysica. 2007; 9(1): 233-244.
31. Collins P J & et al. Stabilization of lignin peroxidases in white rot fungi by tryptophan. Applied and Environmental Microbiology. 1997; 63(7): 2543-2548.
32. Brumm P J & Teague W M. Effect of additives on the thermostability of Bacillus stearothermophilus α-amylase. Biotechnology letters.1989; 11: 541-544.
33. Thapa P & et al. Chalcone and its analogs: Therapeutic and diagnostic applications in Alzheimer’s disease. Bioorganic chemistry. 2021; 108: 104681.
34. Hornedo‐Ortega R & et al. In vitro effects of serotonin, melatonin, and other related indole compounds on amyloid‐β kinetics and neuroprotection. Molecular nutrition & food research. 2018; 62(3): 1700383.
35. Feng S, Song X-H & Zeng C-M. Inhibition of amyloid fibrillation of lysozyme by phenolic compounds involves quinoprotein formation. FEBS letters. 2012; 586(22): 3951-3955.
36. Morshedi D & et al. Inhibition of amyloid fibrillation of lysozyme by indole derivatives− possible mechanism of action. The FEBS journal. 2007; 274(24): 6415-6425.
37. Sharma V, Kumar P & Pathak D. Biological importance of the indole nucleus in recent years: a comprehensive review. Journal of Heterocyclic Chemistry. 2010; 47(3): 491-502.
38. Taha M & et al. Synthesis, α-amylase inhibitory potential and molecular docking study of indole derivatives. Bioorganic chemistry. 2018; 80: 36-42.
39. El Khatabi K & et al. Identification of novel indole derivatives as potent α-amylase inhibitors for the treatment of type-II diabetes using in-silico approaches. Biointerface Research in Applied Chemistry. 2023; 13(1): 17.
40. Kawde A-N & et al. Exploring efficacy of indole-based dual inhibitors for α-glucosidase and α-amylase enzymes: In silico, biochemical and kinetic studies. International journal of biological macromolecules. 2020; 154: 217-232.
41. Gani R S & et al. Synthesis of novel indole, 1, 2, 4-triazole derivatives as potential glucosidase inhibitors. Journal of King Saud University-Science. 2020; 32(8): p. 3388-3399.
42. Tran T-D & et al. A Review of the In Vitro Inhibition of α-Amylase and α-Glucosidase by Chalcone Derivatives. Cureus. 2023; 15(4).
43. Staurengo-Ferrari L & et al. Trans-chalcone attenuates pain and inflammation in experimental acute gout arthritis in mice. Frontiers in Pharmacology. 2018; 9: 1123.
44. Adelusi TI, Du L, Chowdhury A, Xiaoke G, Lu Q, Yin X. Signaling pathways and proteins targeted by antidiabetic chalcones. Life Sci. 2021; 284: 118982.
45. Omidi-Shahsavandi M & et al. Effect of silibinin and trans-chalcone in an Alzheimer's disease-like model generated by insulin amyloids. Brazilian Journal of Medical and Biological Research. 2023; 56: e12443.
