Đặc tính xúc tác của vật liệu ghép hematin

Bài viết "Đặc tính xúc tác của vật liệu ghép hematin" tập trung nghiên cứu tìm hiểu về các ứng dụng của vật liệu ghép hematin trong các ứng dụng y sinh. Nghiên cứu tổng hợp và sử dụng hệ liên hợp dendrimer PAMAM-hematin như là chất xúc tác thay thế enzyme HRP trong quá trình tạo hidrogel ứng dụng trong y sinh. Hệ chất xúc tác tạo thành khắc phục được các nhược điểm vốn có của hematin. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đặc tính xúc tác của vật liệu ghép hematin ĐẶC TÍNH XÚC TÁC CỦA VẬT LIỆU GHÉP HEMATIN Nguyễn Thị Bích Trâm 1, * 1 Viện Phát tiển Ứng dụng – Đại học Thủ Dầu Một *tramntb@tdmu.edu.vn TÓM TẮT Ứng dụng của hematin trong y sinh gần đây đã thu hút được nhiều sự chú ý của các nhà khoa học trên toàn thế giới. Hematin được coi là chất xúc tác thay thế đầy hứa hẹn cho horseradish peroxidase (HRP), một peroxidase chứa Heme, có vai trò xúc tác quá trình oxy hóa các hợp chất phenolic, endiolic và sulfonat dưới sự có mặt của hydrogen peroxide (H2O2). Tuy nhiên, ở nồng độ H2O2 cao, phân tử sắt ở trung tâm vòng porphyrin sẽ chuyển thành peroxyl sắt (III), gây bất hoạt enzyme. Bên cạnh sự tương đồng trong cấu trúc, cơ chế xúc tác của hematin/ H2O2 với các hợp chất phenol cũng gần giống với HRP, hematin lại bền hơn HRP trong dung môi hữu cơ, trong điều kiện pH kiềm cũng như ở nồng độ H2O2 cao. Hạn chế lớn của hematin là chỉ hoạt động hiệu quả ở pH lớn hơn 7.4, hòa tan kém và không bền ở pH acid hoặc trung tính. Để tăng cường khả năng hòa tan của hematin, nhiều nghiên cứu gần đây đã tiến hành biến tính chúng với các polymer tan tốt như chitosan, gelatine, dendrimer PAMAM, ... mở ra nhiều triển vọng cho loại vậy liệu này. Từ khóa: HRP, Hematin, chitosan, gelatine, dendrimer PAMAM, ... ABSTRACT The application of hematin in biomedicine has recently attracted the attention of scientists around the world. Hematin is considered a promising substitute for horseradish peroxidase (HRP). It is a Heme-containing peroxidase that catalyzes the oxidation of phenolic, enediol, and sulfonate compounds in the presence of hydrogen peroxide (H2O2). However, at high concentrations of H2O2, the iron molecule in the center of the porphyrin ring converts to iron (III) peroxyl, which inactivates the enzyme. Besides the similarity in structure, the catalytic mechanism of hematin/H2O2 with phenolic compounds is also similar to HRP. Hematin is more stable than HRP in an organic solvent, under alkaline pH conditions or at H2O2 high concentrations. The major limitation of hematin is that it is only active at pH greater than 7.4, poorly soluble, and unstable at acidic or neutral pH. Enhancement of the solubility of hematin, many recent studies have been conducted to modify them with high soluble polymers such as chitosan, gelatine, dendrimer PAMAM, Etc, opening up many prospects for this material. 66 Keywords: HRP, Hematin, chitosan, gelatine, dendrimer PAMAM, ... I. GIỚI THIỆU Enzyme HRP, một metalloenzyme có trong cây cải ngựa, đóng vai trò xúc tác quan trọng trong các phản ứng sinh hóa trong chẩn đoán lâm sàng (xác định glucose, uric, ...), điều chế polymer hay vật liệu y sinh, khử độc môi trường đất, chế tạo cảm biến sinh học. Enzyme HRP có tâm porphyrin thể hiện hoạt tính xúc tác thông qua quá trình khử peroxide trong sự hiện diện chất nền cho electron (các phenol, aniline) tạo ra gốc tự do trên chất nền để tham gia vào các phản ứng sinh hóa [1-3]. Tuy nhiên, enzyme HRP cũng cho thấy một số khuyết điểm như kém tan trong nước, hoạt tính bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ - nồng độ H2O2 và là một enzyme rất đắt tiền. Nhiều nghiên cứu tăng độ ổn định của HRP hay tổng hợp xúc tác giả sinh học trên cơ sở hematin để thay thế [2, 4, 5]. Carlos Regalado và cộng sự hay nhóm nghiên cứu của Debnath đã đề xuất sử dụng nhiều loại chất hoạt động bề mặt để cải thiện khả năng hòa tan trong nước hoặc phân tán enzyme trong dung môi hữu cơ [3, 6]. Nhóm nghiên cứu của Morawsky cũng giới thiệu phương pháp gây đột biến sinh học của HRP bằng vi sinh vật Saccharomyces cerevisiae và Pichia pastoris, kết quả cho thấy enzyme HRP đột biến bền hơn với H2O2 cũng như ổn định được hoạt tính đến 70oC [7]. Zakharova và cộng sự đã giới thiệu nhiều phương pháp biến tính hóa học vòng porphyrin hoặc phần protein trong enzyme HRP để tăng độ bền và hoạt tính. Tuy nhiên kết quả thu được không được cải thiện đáng kể dù thực hiện nhiều phương pháp biến tính khác nhau [2]. Bên cạnh các giải pháp để nâng hiệu quả ứng dụng của enzyme HRP, hướng nghiên cứu tổng hợp các xúc tác giả sinh học trên cơ sở hematin cũng giành được nhiều sự quan tâm. Hematin, một hydroxyl-ferri-protoporphyrin có cấu trúc khá giống với vòng porphyrin của HRP là dạng oxy hóa của heme tự do và được sử dụng như một chất thay thế hiệu quả về kinh tế cho horseradish peroxidase (HRP) [8]. Mặc dù là nguồn nguyên liệu rẻ tiền tuy nhiên hematin bị hạn chế do độ hòa tan thấp và sự kết tụ ở pH thấp nên không thể sử dụng thay thế enzyme HRP trong xúc tác phản ứng sinh hóa [9, 10]. Do đó, các chiến lược chức năng hóa khác nhau, bao gồm ester hóa hematin với polyethyleneglycol (PEGylatedhematin), methoxy polyethylene glycol amine và thậm chí đưa nó vào các mixen, ... [11, 12] đã được thử nghiệm. Năm 2016, Rafael và cộng sự đã nghiên cứu biến tính hematin trên điện cực carbon và đánh giá biểu hiện điện hóa của bề mặt điện cực biến tính nhằm định hướng ứng dụng thay thế enzyme peroxidase trong chế tạo cảm biến [5, 13]. Cùng thời điểm đó, Kunkun và cộng sự biến tính carbon nano tube với hematin và ứng dụng làm xúc tác cho phản ứng oxi hóa aniline trong nước thải [14]. Erica Pinchon và cộng sự (2018) cũng biến tính hematin trên điện cực carbon nanotube đa lớp. Điện cực biến tính đã tăng độ chuyển electron cho quá trình oxi hóa cũng như tăng mật độ dòng của điện cực [15]. Các kết quả gần đây của nhóm nghiên cứu Córdoba [16-18] đã trình bày hematin như một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho HRP đối với các phản ứng khử màu hoạt động ở nồng độ 67 peroxide cao. Nhóm Ryu đã tổng hợp thành một chất xúc tác sinh học cao phân tử, chitosan ghép hematin (chitosan ...