Interactions between enzymes and oxide colloidal particles and their influence on enzymatic activity

Ludmilla Derr

doi:10.51202/9783185760051

Zusammenfassung

Enzyme immobilization on inorganic oxide particles is a widely employed technique that permits the reuse of costly enzymes in catalytic processes. The aim of this study was to investigate the effects of adsorption on ceramic particles on the catalytic activities of enzymes. The adsorption of the proteolytic enzyme α-chymotrypsin on silica, alumina, and titania was studied. The enzyme adsorption was specifically investigated by material characterization before and after adsorption, quantification of the adsorbed enzyme and detailed enzymatic activity measurements. Furthermore, the experimental results were interpreted based on complementary simulations. Covalent enzyme immobilization on amino-functionalized alumina and silica was also performed. Its effects on the enzymatic activity of α-chymotrypsin were additionally investigated by employing matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectroscopy.

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Bibliographische Angaben

Copyrightjahr: 2016
ISBN-Print: 978-3-18-376005-3
ISBN-Online: 978-3-18-576005-1
Verlag: VDI Verlag, Düsseldorf
Reihe: Grund- und Werkstoffe/Kunststoffe
Band: 760
Sprache: Deutsch
Seiten: 194
Produkttyp: Monographie

Inhaltsverzeichnis

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1. Aims and motivation Kein Zugriff
1. Van der Waals forces Kein Zugriff
2. 1. Surface charge Kein Zugriff
  2. Zeta potential Kein Zugriff
  3. The Poisson-Boltzmann equation Kein Zugriff
  4. The electrostatic interaction energy between two spheres Kein Zugriff
3. The DLVO theory Kein Zugriff
4. Non-DLVO forces Kein Zugriff
1. The amino acid composition of proteins Kein Zugriff
2. Protein structure Kein Zugriff
3. 1. a-Chymotrypsin Kein Zugriff
1. Alumina colloidal particles Kein Zugriff
2. Silica colloidal particles Kein Zugriff
3. Titania colloidal particles Kein Zugriff
4. Surface functionalization of colloidal particles Kein Zugriff
5. Covalent enzyme immobilization Kein Zugriff
1. Influence on protein-particle interactions Kein Zugriff
2. Thermodynamic approach Kein Zugriff
3. 1. The Langmuir adsorption model Kein Zugriff
  2. Other adsorption models Kein Zugriff
1. Michaelis-Menten kinetics Kein Zugriff
2. Determination of KM and Vmax from linearization plots Kein Zugriff
3. Activity assays: principles Kein Zugriff
1. Electroacoustic spectroscopy: zeta potential Kein Zugriff
2. Gas adsorption isotherms: specific surface area SSABET, hydrophobicity/ hydrophilicity Kein Zugriff
3. UV-Vis spectroscopy: protein quantification Kein Zugriff
4. Activity assessment of free and adsorbed a-chymotrypsin Kein Zugriff
5. Matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectroscopy Kein Zugriff
6. Circular dichroism spectroscopy: changes in protein structure Kein Zugriff
7. Visual molecular dynamics: modeling of proteins Kein Zugriff
1. Introduction Kein Zugriff
2. 1. Materials Kein Zugriff
  2. Characterization of TiO2 colloidal particles Kein Zugriff
  3. Hydrophobic/ hydrophilic properties of chymotrypsin Kein Zugriff
  4. Time-dependent and pH-dependent adsorption/ desorption of chymotrypsin Kein Zugriff
  5. Concentration-dependent adsorption of chymotrypsin on TiO2 Kein Zugriff
  6. Determination of the enzymatic activity of chymotrypsin Kein Zugriff
  7. Statistical analysis Kein Zugriff
3. 1. Characterization of TiO2 colloidal particles Kein Zugriff
  2. Time-dependent and pH-dependent adsorption/ desorption of chymotrypsin Kein Zugriff
  3. Concentration-dependent adsorption of chymotrypsin on TiO2 Kein Zugriff
  4. Substrate concentration-dependency for free and adsorped chymotrypsin Kein Zugriff
4. Discussion Kein Zugriff
5. Conclusions Kein Zugriff
6. Acknowledgements Kein Zugriff
7. Source Kein Zugriff
1. Introduction Kein Zugriff
2. 1. Materials Kein Zugriff
  2. Characterization of SiO2 and Al2O3 Kein Zugriff
  3. Size determination and hydrophobic/ hydrophilic properties of chymotrypsin Kein Zugriff
  4. Adsorption and desorption studies of chymotrypsin Kein Zugriff
  5. Quantitative determination of adsorbed chymotrypsin Kein Zugriff
  6. Enzymatic activity measurements of free chymotrypsin Kein Zugriff
  7. Enzymatic activity measurements of adsorbed chymotrypsin Kein Zugriff
  8. Statistical analysis Kein Zugriff
3. 1. Characterization of SiO2 and Al2O3 Kein Zugriff
  2. Size determination and hydrophobic/ hydrophilic properties of chymotrypsin Kein Zugriff
  3. Adsorption of chymotrypsin on SiO2 and Al2O3 colloidal particles Kein Zugriff
  4. Adsorption/ desorption studies of chymotrypsin Kein Zugriff
  5. Enzymatic activity of adsorbed chymotrypsin Kein Zugriff
4. Discussion Kein Zugriff
5. Conclusions Kein Zugriff
6. Acknowledgements Kein Zugriff
1. Introduction Kein Zugriff
2. 1. Materials Kein Zugriff
  2. Characterization of SiO2 and TiO2 Kein Zugriff
  3. MALDI-ToF-MS Kein Zugriff
  4. Time- and pH-dependent adsorption of chymotrypsin to Sio2 and TiO2 Kein Zugriff
  5. Concentration-dependent adsorption of chymotrypsin to Sio2 and TiO2 Kein Zugriff
  6. Desorption studies Kein Zugriff
  7. Molecular Dynamics simulations Kein Zugriff
3. 1. Characterization of SiO2 and TiO2 colloidal particles Kein Zugriff
  2. Dependence of the protein adsorption on incubation time and pH Kein Zugriff
  3. MALDI-ToF-MS analysis of possible autolysis Kein Zugriff
  4. Analysis of the adsorption layer Kein Zugriff
  5. Dependence of the adsorbed amount on the protein concentration Kein Zugriff
  6. Longe-range interaction force of chymotrypsin over SiO2 and TiO2 Kein Zugriff
  7. Interaction forces for chymotrypsin multi-layers Kein Zugriff
  8. Explicit-solvent MD simulations of chymotrypsin adsorption on TiO2 and SiO2 Kein Zugriff
4. Discussion and conclusions Kein Zugriff
5. Acknowledgements Kein Zugriff
6. Appendix: Circular dichroism studies Kein Zugriff
7. Source Kein Zugriff
1. Introduction Kein Zugriff
2. 1. Materials Kein Zugriff
  2. Characterization of alumina and silica colloidal particles Kein Zugriff
  3. Chymotrypsin immobilization on alumina and silica colloidal particles Kein Zugriff
  4. Proteolysis test by MALDI-ToF-MS measurements Kein Zugriff
  5. Data analysis Kein Zugriff
3. Results Kein Zugriff
4. Discussion Kein Zugriff
5. Conclusions Kein Zugriff
6. Acknowledgements Kein Zugriff
7. Appendix: Characterization of colloidal particles after surface functionalization and enzyme immobilization using Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy Kein Zugriff
8. Source Kein Zugriff
Conclusions Kein Zugriff Seiten 164 - 167
Outlook Kein Zugriff Seiten 168 - 169
List of students projects Kein Zugriff Seiten 170 - 170
List of publications Kein Zugriff Seiten 171 - 171
Selected oral and poster presentations Kein Zugriff Seiten 172 - 172
References Kein Zugriff Seiten 173 - 194