1 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича" (ИБМХ), Москва, Россия

² Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН), Москва, Россия

³ Фонд перспективных технологий и новаций (ФПТН), Москва, Россия

⁴ Московский государственный университет, Факультет вычислительной математики и кибернетики, Москва, Россия

⁵ ООО ВФ "АВК-БЕТА", Московская обл., г. Дубна, Россия

⁶ Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии — МВА имени К.И. Скрябина, Москва, Россия

⁷ Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ (НИЯУ МИФИ), Москва, Россия

⁸ Институт урологии и репродуктивного здоровья человека, ФГАОУ ВО Первый МГМУ имени И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет), Москва, Россия

Аннотация. Методами атомно-силовой микроскопии (АСМ) и спектрофотометрии (СФ) исследован эффект воздействия воды, подвергнутой кавитации и выдержанной после кавитационного воздействия на нее в течение восьми месяцев, на фермент пероксидазы хрена (ПХ). В сравнении с контрольным образцом фермента, не обнаружено существенных изменений адсорбции ПХ на свежесколотой слюде. Напротив, ферментативная активность ПХ после инкубации в воде, подвергнутой кавитации восемь месяцев назад, снижалась в два раза после выдержки раствора фермента в воде, подвергнутой кавитации, по сравнению с контрольным образцом фермента. Обнаруженный эффект следует учитывать в разработке биотехнологических процессов, в которых предполагается использование кавитации жидких сред.

Ключевые слова: пероксидаза хрена, кавитация, адсорбция фермента

В последнее десятилетие неуклонно растет число научных публикаций, посвященных изучению кавитационных процессов в жидкости и использованию этих процессов в биотехнологии [1] и синтезе наноматериалов [2]. Так, сообщается о перспективности использования кавитационных процессов для обработки шлама [3], очистки сточных вод [4, 5], в пищевой промышленности [6, 7] и биомедицине [1].

В этой связи важно отметить, что кавитационная обработка воды приводит к изменению ее физико-химических свойств [8]. Учитывая растущий интерес к использованию методов кавитационной обработки водных сред в биотехнологии [1], необходимо изучение возможных эффектов водной среды, прошедшей кавитационную обработку, на свойства ферментных систем.

Ранее на примере пероксидазы хрена (ПХ) было продемонстрировано, что движение жидкостей (как воды [9, 10], так и неводных жидкостей [11–16]) и пара [17] может влиять на свойства ферментов. Это влияние объясняется возникновением электромагнитных полей при движении жидкостей вследствие трибоэлектрического эффекта [18–20]. На самом деле внешние электромагнитные поля оказывают заметное влияние на физико-химические свойства ПХ [21–30].

В настоящей работе продолжено исследование воздействия водной среды, подвергнутой кавитационному воздействию, на свойства ПХ методами атомно-силовой микроскопии (АСМ) и спектрофотометрии (СФ). В отличие от первой части работы, в настоящем исследовании изучали эффект воздействия кавитационной воды на ПХ через восемь месяцев после кавитационной обработки воды.

В этом случае инкубация пробирки с раствором ПХ в кавитационной воде не приводила к изменению адсорбционных свойств ПХ на слюде. Напротив, методом СФ было зарегистрировано существенное снижение ферментативной активности ПХ после инкубации раствора фермента в воде, подвергнутой кавитации за восемь месяцев до инкубации в ней фермента, в сравнении с контрольным образцом фермента, инкубированным в водопроводной воде.

Как и в первой части исследования, в настоящей работе использовали фермент ПХ, выделенный из хрена (Sigma, Cat. #6782), и 2,2′-азино-бис(3- этилбензотиазолин-6-сульфонат) (АБТС), который также был приобретен в Sigma (Cat. #A-1888). Пероксид водорода (H2O2, ч.д.а.), лимонная кислота (ос.ч.) и однозамещенный фосфат натрия (Na2HPO4, ч.д.а.) были приобретены в Реахим (Москва). 2 мМ фосфатно-солевой буфер в модификации Дульбекко (ФСБ-Д; pH 7,4) готовили путем растворения готовой смеси солей (Pierce, США) в ультрачистой деионизированной воде. Все растворы, использованные в экспериментах, готовили, используя ультрачистую воду (18.2 MОм . см), очищенную с помощью установки Simplicity UV (Millipore, Франция).

Водопроводная вода соответствовала ГОСТ Р 51232-98 и была отобрана из водопроводной сети. ГОСТ Р 51232-98 распространяется на питьевую воду, производимую и подаваемую централизованными системами питьевого водоснабжения, и устанавливает общие требования к организации и методам контроля качества питьевой воды.

Для кавитационной обработки воды использовали гидродинамический генератор (ГДГ), изготовленный в ООО ВФ "АВК-БЕТА". ГДГ состоял из статора и ротора, изготовленных из пищевой нержавеющей стали. В статоре имеется паз глубиной 9 мм и шириной 12 мм на среднем радиусе 75 мм. Через 300 мм в статоре размещены радиальные пазы шириной 12 мм. На среднем радиусе 75 мм на роторе имеется шип глубиной 9 мм и шириной 12 мм. Через 300 мм в роторе размещены также радиальные пазы шириной 12 мм. Зазор между пазом статора и шипом ротора составляет 0,3 мм. Скорость вращения ротора составляла 5400 об/мин. Поэтому средняя скорость движений воды, движущейся по пазу статора, составляла 42 м/с. Кавитационные процессы происходят в радиальных пазах статора и ротора. ГДГ работает как центробежный насос со скоростью обработки воды (при однократном пропускании) не менее 5 л/мин. Потребляемая мощность установки при работе на частоте питания 50 Гц – до 8,5 кВт. При работе ГДГ в звуковом диапазоне наблюдаются частоты выше 18 кГц.

Основная несущая частота образования зон кавитации при частоте электропитания двигателя 50 Гц составляла 1,9 кГц. Температура воды составляла 70 °C. Фотоизображение ГДГ в сборе представлено на рис.1.

формате PDF (788Кб)