CC BY
22
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12/2017 ISSN 2410-6070_
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 543.55
Е.А. Кузнецова
Бакалавр химических наук, магистрант кафедры приборостроения, Тульский Государственный Университет, г. Тула, РФ
ПОЛУЧЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКА НОВОГО БИОКАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В
БИОСЕНСОРАХ И БИОТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ
Аннотация
Разработана методика получения мембранных фракций бактерий Gluconobacter oxydans для использования их в качестве биокатализатора в биосенсорах и биотопливных элементах. Спектрофотометрическим методом определена активность ферментного препарата с использованием хинониминового красителя 2,6-дихлорфенолиндофенола (2,6-ДХФИФ). Установлено, что повышение скорости центрифугирования до 29000 об/мин позволяет более полно осадить мембранные фракции бактерий, при этом полученный ферментный препарат обладает наибольшей дегидрогеназной активностью, что делает его более эффективным биокатализатором.
Ключевые слова
Мембранная фракция, биосенсор, биокатализатор, бактерии Gluconobacter oxydans,
2,6-дихлорфенолиндофенол.
В качестве биокатализаторов для использования в биосенсорах и биотопливных элементах в настоящее время применяют индивидуальные ферменты и целые клетки микроорганизмов. Известно, что ферменты обладают значительно более высокой каталитической активностью по сравнению с целыми клетками. Однако процесс получения индивидуальных ферментов может заметно увеличить конечную стоимость используемого биокатализатора. Дешевой альтернативой ферментам служат мембранные фракции бактерий Gluconobacter oxydans, т.к. процесс выделения мембранной фракции является менее затратным, по сравнению с выделением индивидуальных ферментов, а также ферменты остаются связанными с дыхательной цепью. А в отличие от целых клеток в мембранной фракции ферменты предположительно могут оказаться более доступными для субстратов и для медиаторов [1, с. 149-151].
Выделение мембранной фракции бактерий Gluconobacter oxydans сопряжено с разрушением клеток ультразвуком и ступенчатым центрифугированием полученного биоматериала.
Целью данной работы было выделение и получение характеристик мембранных фракций бактерий G. oxydans, а также оценка их дегидрогеназной активности.
Разрушение клеток бактерий G. oxydans производилось с использованием ультразвукового диспергатора УЗД11-0,1/22 в натрий-фосфатном буфере (рН 6,0). Время обработки ультразвуком составляло 2 минуты при подаваемой мощности 100 Вт, рабочей частоте 22 кГц.
Полученный лизат центрифугировали при 5000 об/мин (3000g) в течение 40 мин. Мембранные дегидрогеназы содержались в надосадочной жидкости.
Для получения мембранных фракций бактерий G. oxydans по первой методике производили центрифугирование при 10000 об/мин (12300g) в течение 30 мин. По второй методике производили центрифугирование при 20000 об/мин (48400g) в течение 30 мин. И по третьей методике производили центрифугирование при 29000 об/мин (101000g) в течение 30 мин.
Для количественного определения белка в ферментном препарате использовали метод Лоури (см. табл.1).
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12/2017 ISSN 2410-6070_
Таблица 1
Содержание белка в ферментном препарате на второй стадии получения мембранных фракций бактерий
II центрифугирование
Осадок (мембранная фракция)
Методика 1 Масса белка в 1 г (1 мл) фракции, мг 99±8
Методика 2 118±9
Методика 3 130±10
Полученная по третьей методике, мембранная фракция содержит на 31±2мг белка больше, чем мембранная фракция, полученная по первой методике. Таким образом, увеличение числа оборотов с 10000 до 29000 привело к наиболее полному осаждению белка из надосадочной жидкости, полученной при первом центрифугировании.
Для оценки дегидрогеназной активности мембранной фракции был использован краситель 2,6-дихлорфенолиндофенол (2,6-ДХФИФ), который эффективно взаимодействует с PQQ-зависимыми дегидрогеназами G. oxydans, а его способность изменять цвет в реакциях окисления и восстановления может использоваться для фотометрического определения дегидрогеназной активности.
Полученные данные были использованы для расчета удельной д егидрогеназной активности ферментного препарата (табл.2).
д _ Ьда-У
УД ел,с;,
где АуД- удельная активность (мкмоль/мг-мин);
1да - константа скорости восстановления редокс-красителя (с-1);
V - объем раствора в кювете (л);
£ = 21300-коэффициент молярного поглощения 2,6-ДХФИФ (л/(моль-см);
1 = 1 - толщина поглощающего слоя (см);
тбелка - количество белка (г).
Таблица 2
Дегидрогеназная активность мембранной фракции, полученной по трём методикам
Методика 1 Методика 2 Методика 3
Мембранная фракция
Удельная
активность, мкмоль/мг'мин 0,32±0,05 0,48±0,05 0,54±0,06
Удельная дегидрогеназная активность мембранной фракции, полученной по третьей методике, оказалась более чем в 1,6 раза выше, чем удельная активность мембранной фракции, полученной по первой методике. Таким образом, увеличение скорости центрифугирования приводит к увеличению дегидрогеназной активности осадка из-за более полного осаждения мембранной фракции бактерий из надосадочной жидкости, полученной при первом центрифугировании. По литературным данным [2] активность фермента глюкозодегидрогеназы, выделенного из клеток бактерий G. oxydans на 2 порядка превышает активность полученной мембранной фракции. Это может быть связано с высокой очисткой фермента и оптимальными условиями проведения реакции.
Таким образом, в ходе работы было установлено, что повышение скорости центрифугирования до 29000 об/мин позволяет более полно осадить мембранные фракции бактерий Gluconobacter oxydans, при этом полученный ферментный препарат обладает наибольшей дегидрогеназной активностью, что делает его более эффективным и экономически выгодным биокатализатором для использования в биосенсорах и биотопливных элементах. Данный биокатализатор может использоваться в амперометрических биосенсорах для анализа глюкозы в крови и для определения содержания сахара в винной продукции. В биотопливных элементах (БТЭ) в качестве катализатора можно использовать полученную мембранную фракцию бактерий Gluconobacter oxydans, потому что в качестве топлива БТЭ могут использовать энергетически ёмкие, но электрохимически пассивные вещества, а также многие органические отходы. Это открывает возможность
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12/2017 ISSN 2410-6070_
одновременного решения энергетической и экологической проблем. Список использованной литературы:
1. Sievers M. The genus Acetobacteraceae / M. Sievers, J. Swings // Bergey's Manual of Systematic Bacteriology. -2005. - 2nd Edition. - New York. - P. 147-171.
2. https://www.brenda-enzymes.org/enzyme.php?ecno=1.1.5.2 - [Электронный ресурс]. - (дата обращения: 11.12.2017).
© Кузнецова Е.А., 2017
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12/2017 ISSN 2410-6070_
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 597.4/5
В. Н. Крайнюк
Зав. опорным пунктом СФ КазНИИРХ г. Караганда, Казахстан karagan-da@mail. ru К. П. Иванов мнс СФ КазНИИРХ, г. Астана, Казахстан
Х. К. Исмуханов
канд. биол. наук, внс СФ КазНИИРХ, г. Астана, Казахстан
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ФАУНЫ РЫБ ОЗЕР КОРГАЛЖЫНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ЗАПОВЕДНИКА
Аннотация
Описывается современное состояние ихтиофауны Коргалжынского заповедника и факторы, влияющие на видовое разнообразие рыб
Ключевые слова
Ихтиофауна, Коргалжынский заповедник, замор.
Коргалжынский государственный природный заповедник (КГПЗ) расположен в центральной части Республики Казахстан, в географических координатах между от 68° 38' до 69°41' восточной долготы и от 50°10'до 50°43' северной широты. Площадь заповедника (без охранной зоны) в настоящее время достигает 543171 га. Протяженность охраняемой территории с севера на юг 60 км, а с запада на восток 75 км. Заповедник находится в Коргалжынском районе Акмолинской области [1].
Климат района резко континентальный с продолжительной холодной зимой и жарким сухим летом. Средняя годовая температура воздуха по метеостанции с. Кургалжын составляет +2,3°С, изменяясь в течение года от -15,1°С в январе до +20,3°С в июле в среднем за многолетний период.
Коргалжынская группа озер - это озера, расположенные в нижней части долины р. Нуры: Есей, Султанкельды, Кокай, Асаубалык. Первые три так же рассматриваются плесами единого озера Коргалжын.
Общая площадь единого озера Коргалжын составляет величину порядка 33 тыс. га [2] и всего лишь около четверти этой акватории свободны от зарослей высшей водной растительности и представляют собой три плеса, или как здесь принято - озера: Есей, Султанкельды и Кокай. Эти водоемы располагаются в северной части Коргалжына. Морфологически эти водоемы представляют собой неправильные овалы с различной степенью вытянутости и изрезанности береговой линии.
Озера Султанкельды и Кокай являются фактически русловыми озерами реки Нуры. Озеро Есей соединяется с рекой переливом во время высоких паводков. Дальнейший сток из оз. Кокай идет по одному из рукавов реки в оз. Ассаубалык и далее - в оз. Тенгиз. Таким образом, озера Кокай и Султанкельды имеют постоянную связь с р. Нура, оз. Есей - только временную. Это отражается на некоторых их параметрах. В частности оз. Есей более минерализированное.
Исследованные озера имеют значительную площадь, но не обладают существенными глубинами (таблица 1).
Таблица 1
Характеристика исследованных озер КГПЗ
Водоем Площадь, га Длина, км. Ширина , км. Глубины ср., м Глубина, макс., м Площадь открытой воды, га
оз. Есей 3625 11,5 7,5 1,2-1,8 2,7 2900
оз. Султанкельды 3465 13,2 5,7 1,5-1,8 2,9 2772
оз.Кокай 2620 9,1 5,2 1,2-1,8 2,7 2097
