Осійчук Ольга Володимирівна. Особливості пероксидазного окиснення фенольних сполук : Дис... канд. наук: 02.00.10 - 2007.
Анотація до роботи:
Осійчук О. В. Особливості пероксидазного окиснення фенольних сполук. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 02.00.10 - біоорганiчна хімія. Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, Київ, 2007.
Дисертація присвячена вивченню елімінації фенольних полютантів з розчинів з використанням пероксидази хрону. У рамках виконання роботи виділено пероксидазу з коренів хрону, вивчено біохімічні властивості частково очищеного ферментного препарату. Оптимізовані умови пероксидазного окиснення ряду фенольних сполук (рН інкубаційного середовища 4,0-7,5, температура 20-45 С, мольне співвідношення полютант : окисник 1:1(1,5), активність ПОХ 0,25 – 2,0 од/мг, час інкубації 30 – 60 хв). Встановлено, що іони Са2+, Mn2+, водорозчинні полімери (ПВП, ПЕГ-6000) і САБ стабілізують активність пероксидази, що сприяє підвищенню ступеня біоконверсії досліджуваних фенольних полютантів (фенол, пірокатехін, гідрохінон, резорцин, пірогалол, о-, м-, п-крезоли, о-, м-, п-хлорфеноли, 2,4,6-трихлорфенол, пентахлорфенол, -нафтол).
Застосувавши метод субстрат-субстратної активації, вдалося значно (з 20,4-80,4 % до 60,5-100 %) підвищити ступінь біоконверсії фенолів, що окиснюються повільно, використовуючи субстрати ПОХ, що швидко окиснюються: 8-гідроксихінолін-3-сульфокислоту, 8-гідроксихінолін-5-сульфокислоту, 5,7-дибром-8-гідроксихінолін, 2,4-дигідроксихінолін.
В результаті пероксидазного окиснення досліджуваних фенолів спостерігалося утворення темно-забарвлених полімерних продуктів - поліоксифеніленів, нерозчинних у воді та органічних розчинниках.
Використовуючи значення ступеня біоконверсії та кінетичних параметрів (Vmax, Km) методами QSAR і PLS QSPR аналізу отримано статистичні моделі, що дозволяють прогнозувати ступінь трансформації і реакційну здатність нових фенольних субстратів на основі набору структурних параметрів, що описують форму молекули фенольної сполуки, її електронну структуру та ліпофільність.
Розроблено методи іммобілізації пероксидази з використанням як носіїв карагінану з чорноморської водорості Phyllophora nervosa, полі-N-вінілкапролактаму і гідратцелюлозної мембрани ”Діацелл”; отримано високоактивні (збереження 94,6 %, 76,3 %, 88,0 % активності, відповідно) та стабільні ферментні препарати (кількісне збереження активності протягом 8-ми, 10-ти, 18-ти місяців, відповідно), багаторазового використання (карагінан – до 7 разів, мембрана – до 22 разів) в реакціях окиснення фенолів як в водних, так і в органічних середовищах.
Запропоновано метод іммобілізації ПОХ шляхом включення в мембрану, який успішно апробований для елімінації фенольних полютантів (фенол – 94,5 % конверсії, о-, п-крезоли – 100 % конверсії) на стічних водах Одеського ЗАТ «ТеплоСервіс».
В дисертації встановлена залежність ефективності пероксидазного окиснення фенольних сполук від умов проведення реакції та структури полютантів. Проведено QSAR і QSPR аналіз реакційної здатності фенолів в реакціях ферментативної конверсії. На основі запропонованих методів іммобілізації пероксидази отримані високоактивні і стабільні ферментні препарати багаторазового використання в реакціях окиснення фенолів як в водних, так і в органічних середовищах.
1. Встановлено, що модифікація методу Баха дозволяє отримати частково очищений препарат пероксидази, подібний за кількісним складом білкових фракцій та основними біохімічними властивостями до комерційного, але який відрізняється більшою економічністю (у 25 разів дешевший).
2. Оптимізовано умови окиснення фенолу, о-, м-, п-хлорфенолів, що каталізується частково очищеною ПОХ. Показано стабілізуючу дію іонів Са2+, Mn2+, водорозчинних полімерів (ПВП, ПЕГ-6000) і білка (САБ), на активність пероксидази, що сприяє подвищенню ступеня біоконверсії досліджуваних фенольних полютантів у середньому на 10-22 %. Показано, що даний метод дозволяє трансформувати різні похідні фенолу у концентраціях 0,1-1,0 мМ із ступенем ефективності 28-100 %, який залежить від природи субстрату, замісників та їх розташування у бензольному кільці.
3. Встановлено, що продуктами пероксидазного окиснення досліджуваних фенолів є поліоксифенілени, які нерозчинні у воді та органічних розчинниках (діетиловому ефірі, спирті, ацетоні, хлороформі, бензолі).
4. Встановлено, що використання похідних хіноліну, що швидко окиснюються в реакціях пероксидазного окиснення фенолів, що окиснюються повільно (фенол, о-, м-крезоли, резорцин, о-, м-, п-хлорфеноли, 2,4,6-трихлорфенол, пентахлорфенол), сприяє підвищенню ступеня біоконверсії останніх з 20,4-80,4 % до 60,5-100 % з утворенням легкоосаджуваних полімерних осадів.
5. Методами QSAR і PLS QSPR аналізу отримано статистичні моделі, які дозволяють з достатньою надійністю прогнозувати ступінь і швидкість трансформації нових фенольних субстратів ПОХ.
6. Іммобілізацією пероксидази методом включення її в гелі карагінану з чорноморської водорості Phyllophora nervosa і полі-N-вінілкапролактаму, а також фізичною іммобілізацією та за допомогою хімічного зв’язування з гідратцелюлозною мембраною ”Діацелл” отримано іммобілізовані препарати з високим збереженням пероксидазної активності (94,6 % – при використанні карагінану, 76,3 % – ПВК, 88,0 % – мембрани), стабільні при зберіганні (8, 10, 18 місяців, відповідно) та можливістю багаторазового використання (карагінан - до 7 разів, мембрана - до 22 разів) в реакціях окиснення фенольних токсикантів як в водних, так і в органічних середовищах.
7. Іммобілізація ПОХ на досліджуваних носіях дозволяє стабілізувати фермент в області кислих і лужних значень (розширення рН-оптимуму на 1,0-1,5 і 2,0-4,0 од. рН, відповідно) поряд з розширенням термооптимуму (на 5-20 С) і збільшенням рН- і термостабільності.
8. Метод включення ПОХ в гідратцелюлозну мембрану успішно апробований для елімінації фенольних полютантів (конверсія фенолу – 94,5 %, о-, п-крезолів – 100 %) на стічних водах ЗАТ «ТеплоСервіс».
Публікації автора:
1. Давиденко Т.И., Севастьянов О.В., Осейчук О.В., Брусиловский Ю.Э. Пероксидазное окисление фенолов // Доповіді НАН України. – 2004. - № 6. – С. 154-158.
2. Давиденко Т.И., Романовская И.И., Севастьянов О.В., Осейчук О.В. Окисление хлорфенолов с использованием пероксидазы хрена // Химия и технология воды. – 2004. – Т. 26, № 6. – С. 582-591.
3. Davidenko T.I., Romanovskaya I.I., Oseychuk O.V. Peroxidase oxidation of phenols // Appl. Biochem. Microbiol. - 2004. - V. 40, № 6. – P. 542-546.
4. Давиденко Т.И., Романовская И.И., Осейчук О.В., Декина С.С. Структура и образование комплексов включения фенолов в поли-N-винилкапролактам // Доповіді НАН України. - 2005. - № 9. - С. 145-150.
5. Декина С.С., Осейчук О.В. Иммобилизация пероксидазы в каррагинан из Phyllophora nervosa // Вісник ОНУ. - 2005. – Т. 10, № 9. – С. 120-126.
6. Романовская И.И., Осейчук О.В., Севастьянов О.В., Давиденко Т.И. Иммобилизация пероксидазы в поли-N-винилкапролактам // Вісник ОНУ. – 2005. – Т. 10, № 8. – С. 49-54.
7. Осейчук О.В., Романовская И.И., Севастьянов О.В. Исследование условий трансформации фенола и его монохлорзамещенных производных, катализируемое пероксидазой // Химия и технология воды. – 2006. – Т. 28, № 5. – С. 505-512.
8. Осійчук О.В., Севастьянов О.В. Розробка методу іммобілізації пероксидази в полі-N- вінілкапролактам // Досягнення біології та медицини. – 2006. - № 2. – С. 13-16.
9. Романовская И.И., Муратов Е.Н., Кузьмин В.Е., Осейчук О.В., Артеменко А.Г., Андронати С.А. Анализ влияния структуры фенольных соединений на степень их ферментативной конверсии // Доповіді НАН України. – 2006. - № 9. – С. 161-166.
10. Романовская И.И., Кузьмин В.Е., Осейчук О.В., Муратов Е.Н., Артеменко А.Г., Андронати С.А. QSPR анализ реакционной способности субстратов пероксидазы // Вісник ОНУ. – 2006. – Т. 11, № 5. – С. 69-77.
11. Романовська І.І., Осійчук О.В. Фізико-хімічні дослідження іммобілізованого на гідратцелюлозній мембрані препарату пероксидази хрону // Медична хімія. – 2006. - № 6. – С. 55-61.
12. Пат. 8115, Україна, МПК 7 С 02F 1/12 Спосіб доочищення стічних вод / Т.І. Давиденко, О.В Осейчук, О.В Севастьянов, І І. Романовська (Україна). - Заявка № 200500560; Заявл. 21.01.2005; Опубл. 15.07.2005. – Бюл. № 7.
13. Пат. 13852, Україна, МПК С 02F 7/00 Спосіб одержання і трансформації фенолів / Романовська І.І., Осійчук О.В., Севастьянов О.В. (Україна). - Заявка № 200510410; Заявл. 04. 11. 2005; Опубл. 17. 04. 2006. – Бюл. № 4.
15. Осейчук О.В. Ферментативное окисление фенолов. // Міжнародна конференція студентів та аспірантів, присвячена 75-річчю з дня народження академіка О.В. Богатського «The modern ways of chemistry development». – Одеса, 2004. – 83.
16. Осейчук О.В., Романовская И.И. Окисление фенола и его хлорпроизводных, катализируемое пероксидазой хрена. // Конф.-конкурс робіт молодих учених, присвяченої 100-річчю від Дня народження М.Ф. Гулого „Актуальні проблеми біохімії та біотехнології”. – Киев, 2005. - С. 35.
17. Декина С.С., Осейчук О.В., Романовская И.И. Иммобилизация пероксидазы в каррагинан из Phyllophora nervosa // Конф.-конкурс робіт молодих учених, присвяченої 100-річчю від Дня народження М.Ф. Гулого „Актуальні проблеми біохімії та біотехнології”. – Киев, 2005. - С. 10.
18. Осійчук О.В., Романовська І.І., Декіна С.С. Включення пероксидази хрону в полі-N-вінілкапролактам. // Міжн. наук.-практ. конф. молодих вчених „Вчені майбутнього”. - Одеса, 2005. - С. 49-50.
19. Осейчук О.В., Романовская И.И. Окисление фенола, катализируемое пероксидазой, иммобилизованной в поли-N-винилкапролактам. // VIII Конференція молодих учених та студентів-хіміков Південного регіону України. - Одесса, 2005. – С. 69.
20. Осейчук О.В., Романовская И.И., Севастьянов О.В. Окисление фенолов, катализируемое пероксидазой, заключенной в диализную мембрану. // Научно-практ. конф. „Экологическая безопасность продукции и окружающей среды – потребность общества”. - Судак, 2005. – С. 138-139.
21. Романовская И.И., Осейчук О.В., Севастьянов О.В. Поли-N-винилкапролактам – перспективная матрица для включения биологически активних соединений. // Международная научно-практическая конференция ”Обращение с отходами – проблемы и решения XXI века” Сб. научн. статей. - Одесса, 2005. - С. 213-217.
22. Осейчук О.В., Романовская И.И. QSAR анализ влияния структуры фенолов на их биоконверсию. // Международная научно-практическая конференция «Наука и образование – 2006». – Мурманск, 2006. - С. 643-644.
23. Осейчук О.В., Романовская И.И. Иммобилизация пероксидазы на гидратцеллюлозной мембране. // I Всеукраїнська конференція студентів, аспірантів та молодих вчених з хімії та хімічної технології. – Киев, 2006. - С. 189.
24. Осейчук О.В., Романовская И.И. Разработка метода ковалентной иммобилизации пероксидазы хрена. // Международная научная конференция «Современное состояние и перспективы развития микробиологии и биотехнологии». – Минск, 2006. - С. 228-230.
25. Осейчук О.В., Романовская И.И., Муратов Е.Н., Кузьмин В.Е., Артеменко А.Г. Изучение влияния свойств фенольных соединений на скорость их биоконверсии методом QSAR анализа. // «Актуальні проблеми біохімії та біотехнології – 2006». – Киев, 2006. - С. 35-36.
26. Осейчук О.В., Артеменко А.Г., Муратов Е.Н., Кузьмин В.Е. Количественный анализ взаимосвязей структура-реакционная способность субстратов пероксидазы. // III Всеукраинская научно-практическая конференция с международным участием. «Биотехнология. Образование. Наука. Практика». – Харьков, 2006. С. 36-37.
27. Осейчук О.В., Муратов Е.Н., Артеменко А.Г. Изучение свойств пероксидазы и реакционной способности ее субстратов. // IX Конференція молодих учених та студентів-хіміків Південного регіону України. – Одеса, 2006. - С. 23.
