تهیه و تعیین ویژگی‌های نانوذره کاتالاز

در این مطالعه نانوذره های کاتالاز با روش حلال زدایی تهیه شدند. فاکتورهای موثر بر فرایند سنتز مانند اتانول (عامل حلال ‌زدا)، گلوتارآلدهید (عامل اتصال دهنده عرضی)، سرعت چرخش و زمان سنتز بهینه شدند. ویژگی‌های نانوذره های به دست آمده شامل اندازه ذره ها، ریخت شناسی سطح و تغییرهای ساختاری آن‌ها با استفاده از روش‌های مرئی فرابنفش (uv-visible)،  پراکندگی نور دینامیکی ( dls)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (ft-ir) تعیین شدند. هم چنین، پارامترهای سینتیکی نانوذره ها براساس معادله میکائیلس – منتن تعیین شدند.  نتیجه های به دست آمده از بهینه‌سازی شرایط سنتز نانوذره ها نشان داد که  نانوذره های به دست آمده از برهم‌کنش 1 میلی‌لیتر کاتالاز  1میلی گرم/ میلی‌لیتر، 4 میلی لیتر  اتانول  و گلوتار آلدهید 12/ 0میلی‌گرم بر میلی‌لیتر در محیط بافر فسفات 50 میلی مولار و 0/7 ph ، تا 70٪  فعالیت آنزیمی باقی می‌ماند. در این شرایط شعاع متوسط نانوذره های سنتز شده 8/ 53 نانومتر می‌باشد. بررسی‌ طیف‌های فرابنفش مرئی و فروسرخ نشان داد که تغییرهای ساختاری نانوذره ها در سطح ساختار سوم و دوم صورت می‌پذیرد. بررسی پارامترهای سینتیکی آنزیم طبیعی و نانوذره آنزیمی نشان داد که در مقایسه با آنزیم کاتالاز، ضمن افزایش km  مقدار vmax برای نانوذره سنتز شده ثابت می ماند. پایداری فیزیکی نانوذره های کاتالاز نیز مورد بررسی قرار گرفت. نتیحه ها نشان داد که پس از 72 ساعت نگهداری نمونه‌ها در دمای 4 درجه سلسیوس،  نانوذره کاتالاز تنها 20 درصد از فعالیت خود را از دست می‌دهد در صورتی که کاتالاز طبیعی در همان شرایط 55 درصد از فعالیت خود را از دست می‌دهد که دلالت دارد بر این که نانوذره های کاتالاز پایدارتر از مولکول های کاتالاز هستند. بنابراین نانوذره های کاتالاز توان بالقوه زیادی در تولید آنزیم‌های پایدار برای کاربردهای گوناگون دارند.

Preparation and Characterization of Catalase Nanoparticles

In the present study, catalase nanoparticles were prepared by desolvation method using ethanol and glutaraldehyde as desolvating and crosslinking agents respectively. The factors such as the amount of ethanol and glutaraldehyde, stirring rate, and synthesis time were optimized. Properties of the nanoparticles including particle size, morphology, and structural changes were characterized using spectroscopic techniques such as UV-Visible, FT-IR, DLS, and SEM. Also, their kinetic parameters were determined on based the MichaelisMenten equation. The results of the optimization studies revealed for a phosphate buffer solution (50 mM, pH 7.0) contain catalase (1 mg/ mL), 4mL absolute ethanol, and glutaraldehyde (12 mg/mL), up to 70% of the enzyme activity remained. In these conditions, the average of the particles was 53.8 nm. Investigation of the UV-Visible and FT-IR spectra showed that the formation of the nanoparticles caused the structural changes at the tertiary and secondary levels. Comparing the kinetic parameters of the native enzyme and catalase nanoparticles showed that the Vmax is the same and that the Km is increased. The physical stability of catalase nanoparticles was also investigated. Results showed that the catalase nanoparticles lost only 20% of the activity when stored in phosphate buffer solution for 72 h at 4◦C, whereas native catalase lost 55% under the same condition, implying that the catalase nanoparticles were more stable than native catalase molecules. Therefore, catalase nanoparticles offered a great potential to stabilize enzyme molecules for various applications.