The effect of poly-N-vinylcaprolactam on enzymatic activity of trypsin

It is known that some synthetic polymers can enhance the stability of some proteins including enzymes against thermal denaturation. An important example of such behaviour is poly-N-vinylcaprolactam (PVC), although the mechanism of this phenomenon is not fully understood. This paper deals with this problem with the system PVC-trypsin as an example. PVC is a polymer, which has lower critical solution temperature (LCST) in aqueous solution. It is shown that the rate of enzymatic hydrolysis of a substrate – benzoyl arginine – n-nitroanilide (BAPNA) – with trypsin in aqueous solutions of PVC at 25ºC is higher than that in the buffer solution. It is supposed that this effect is a consequence of the complex formation of trypsin with PVC affecting the conformation of the protein and binding of the substrate. The complexation brings about a decrease of the Michaelis constant and an increase of the rate of the biocatalyst interaction with the substrate. It is found that the activity of trypsin depends on the ratio of the enzyme to the substrate. The complexation of trypsin to poly-N-vinylcaprolactam can have influence on the enzymatic activity of the protein at temperatures above LCST, as well as on trypsin trapping in the precipitating polymer. It is noted that, when one determines the enzyme activity by spectral methods, it is necessary to take into account the possibility of complex formation of the polymer with another substance in the reaction system, which can cause errors.

trypsin, enzymatic activity, LCST, poly-N-vinylcaprolactam, Michaelis constant.

1. Варфоломеев С.Д. Химическая энзимология. – М.: Академия, 2005. 472 с.

2. Кирш Ю.Э. Поли-N-винилпирролидон и другие поли-N-виниламиды. – М.: Наука, 1998.252 с.

3. Кузнецов В.А., Корнеева О.С., Семенов А.М., Божко О.Ю., Болгов А.А. Поли-N-виниламиды как носители бактериальных клеток // Вестник Воронежского гос. ун-та. Сер. хим. 2009. № 2. С. 40–43.

4. Валуева Т.А., Валуев И.Л., Обыденнова И.В., Валуев Л.И. Химическая модификация белков «умными» полимерами // Биоорган. химия. 2010. Т. 36. № 6. С. 769–773.

5. Марквичева Е.А., Кудрявцева Н.Е., Кузькина И.Ф., Пашкин И.И., Зубов В.П., Кирш Ю.Э., Румш Л.Д., Бронин А.С. Новый метод иммобилизации протеолитических ферментов в полимерных гидрогелях // Биоорган. химия. 1994. Т. 20. № 3. С. 257–261.

6. Кирш Ю.Э., Януль Н.А., Бакеева И.В., Пашкин И.И.,Зубов В.П., Готхальс У.Дж., Тимашев С.Ф. Природа водных наноассоциатов в гидрогелях на основе сшитого поли-N-винилкапролактама // Журн. физ. химии. 1998. Т. 72. №11. С. 1990–1995.

7. Сиголаева Л.В., Еремеев Н.Л., Казанская Н.Ф. Аномальная температурная зависимость активности препаратов иммобилизованного химотрипсина // Биоорган. химия. 1994. Т. 20. № 3. С. 268–272.

8. Ануфриева Е.В., Краковяк М.Г. Динамика полимерных цепей в процессах структурных и химических превращений макромолекул // Высокомолек. соединения. 1987. Т. А29. № 2. С. 211–222.

9. Ануфриева Е.В., Рамазанова М.Р., Краковяк М.Г., Лущик В.Б., Некрасова Т.Н., Шевелева Т.В. Интерполимерные комплексы поли-N-виниламидов с поликарбоновыми кислотами в растворителях различной природы // Высокомолек. соединения. 1991. Т. А33. № 6. С. 1186–1191.

10. Александрова Т.А., Карапутадзе Т.М., Шапиро А.Б., Кирш Ю.Э., Вассерман А.М. Исследование сегментальной подвижности поли-N-винилпирролидона и поли-N-винилкапролактама в растворах методом спиновых меток // Высокомолек. соединения. 1982. Т. А24. № 11. С. 2373–2378.

11. Кирш Ю.Э., Сусь Т.А., Карапутадзе Т.М., Кобяков В.В., Синицина Л.А., Островский С.А. Особенности комплексообразования и конформационных превращений макромолекул поли-N-виниллактамов в водных растворах // Высокомолек. соединения. 1979. Т. А21. № 12. С. 2734–2740.

12. Шерстюк С.Ф., Галаев И.Ю., Савицкий А.П., Кирш Ю.Э., Березин И.В. Поливинилкапролактам – обратимо осаждаемый термополимер. Соосаждение белков // Биотехнология. 1997. Т. 3. № 2. С. 179–189.