Przedruk materiałów dydaktycznych w całości lub w części możliwy w celu przygotowania do ćwiczeń z biochemii i enzymologii realizowanych w Katedrze Biochemii, WRiB SGGW w Warszawie. Inne wykorzystanie tych materiałów bez zgody pracowników Katedry Biochemii jest zabronione. Badanie aktywności proteolitycznej podpuszczki oraz preparatu podpuszczkopodobnego. Celem ćwiczenia jest porównanie aktywności proteolitycznej preparatów koagulujących białka mleka: podpuszczki cielęcej oraz preparatu podpuszczkopodobnego z Rhizomucor miehei. Zbadany zostanie również, z zastosowaniem elektroforezy, wpływ pepstatyny, inhibitora diagnostycznego peptydaz aspartylowych, na aktywność proteinaz zawartych w badanych preparatach. Wprowadzenie Peptydazy. Zasadniczym składnikiem preparatów enzymatycznych koagulujących białka mleka są peptydazy (proteazy, enzymy proteolityczne). Peptydazy to enzymy, które z udziałem cząsteczki wody, rozrywają wiązania peptydowe w białkach i peptydach. Stanowią dużą i złożoną grupę enzymów występujących w każdej komórce organizmu eukariotycznego i prokariotycznego. Funkcjonują wewnątrz komórki jak również pozakomórkowo, odgrywając ważną rolę w procesach trawiennych oraz regulatorowych. Znalazły także szerokie zastosowanie w produkcji i przetwarzaniu żywności. Peptydazy, stanowią w klasie trzeciej (hydrolaz) podklasę czwartą hydrolazy peptydowe (EC 3.4). Ze względu na położenie hydrolizowanego wiązania peptydowego wyróżnia się endopeptydazy (proteinazy), rozrywające wiązania wewnątrz łańcucha polipeptydowego oraz egzopeptydazy, hydrolizujące wiązania położone skrajnie. Egzopeptydazy obejmują enzymy odcinające pojedyncze aminokwasy N-końcowe (aminopeptydazy) bądź C-końcowe (karboksypeptydazy), enzymy specyficzne dla dwupeptydowych substratów oraz enzymy odszczepiające jednostki dwu- lub tripeptydowe. Na podstawie rodzaju reszt aminokwasowych zlokalizowanych w centrum aktywnym, endopeptydazy podzielono na następujące podpodklasy: serynowe (EC 3.4.21.), cysteinowe (EC 3.4.22.), aspartylowe (EC 3.4.23.), treoninowe (EC 3.4.25.), metaloproteinazy (EC 3.4.24.) oraz endopeptydazy o nieznanym mechanizmie katalitycznym (EC 3.4.99.). Proteinazy aspartylowe zawierają w centrum aktywnym dwie reszty kwasu asparaginowego, kluczowe dla katalizowanych przez te enzymy reakcji, oraz wykazują najwyższą aktywność w zakresie ph 1.5-5.0, stąd często są zwane kwaśnymi proteinazami. Do proteinaz aspartylowych należą peptydazy znajdujące się w preparatach koagulujących białka mleka, wykorzystywane na dzisiejszych ćwiczeniach. Chymozyna (EC 3.4.23.4), zwana także renniną, jest enzymem produkowanym przez błonę śluzową żołądka młodych ssaków (krowy, świnie, koty, foki, owce) w postaci nieaktywnej (zymogenu) tzw. prochymozyny. Prochymozyna w kwaśnym środowisku soku żołądkowego, ulega aktywacji do chymozyny w wyniku autokatalitycznej hydrolizy wiązania peptydowego pomiędzy Phe42 a Gly43. Dojrzała, aktywna chymozyna występuje w postaci dwóch izoenzymów, A i B, różniących się jednym aminokwasem. Optimum ph dla aktywności proteolitycznej cielęcej chymozyny A to 4,2, natomiast dla chymozyny B to 3,7. Chymozyna katalizuje reakcję hydrolizy wiązania peptydowego pomiędzy Phe105 oraz Met106 łańcucha polipeptydowego jednego z białek mleka, kappakazeiny (rys.1). Chymozyna, w dużych ilościach występuje w trawieńcu cieląt. Sekrecja chymozyny do soku żołądkowego utrzymuje się na wysokim poziomie w ciągu kilku-kilkunastu tygodni po narodzinach, po czym maleje, a rolę głównego enzymu trawiennego białek w soku żołądkowym stopniowo przejmuje pepsyna. U 3-tygodniowych cieląt karmionych wyłącznie mlekiem matki stosunek chymozyny do pepsyny w soku żołądkowym wynosi 90:10, natomiast po 6 miesiącach, gdy wprowadzane jest do diety również inne pożywienie, stosunek ten wynosi 30:70. Chymozyna poprzez koagulację białek mleka umożliwia dłuższe zatrzymanie pokarmu w żołąd- 1
ku, co z kolei umożliwia efektywniejsze działanie innych enzymów trawiennych. Poza bardzo ważną rolą fizjologiczną, chymozyna znalazła zastosowanie w przemyśle spożywczym do produkcji serów podpuszczkowych. O 1 105 106 169 Glu Phe C N Met Val COO - H kappa-kazeina H 2 O O 1 105 1 64 Glu Phe C - H 3 N + Met Val COO- O -+ para -kappa-kazeina glikomakropeptyd Rys. 1. Hydroliza wiązania peptydowego w kappa-kazeinie przez chymozynę Zgodnie z zaleceniami Międzynarodowej Federacji Mleczarskiej, termin podpuszczka powinien być zarezerwowany dla preparatu enzymatycznego, zdolnego do koagulacji białek mleka, izolowanego z trawieńców młodych przeżuwaczy, zawierającego przede wszystkim chymozynę, oraz, w znacznie mniejszej ilości, pepsynę i inne enzymy trawienne (np. lipaza). Peptydazy innego pochodzenia, również zdolne do koagulacji białek mleka, zaleca się nazywać koagulantami białek mleka. Spośród koagulantów białek mleka powszechnie stosowane są obecnie w przemyśle mleczarskim enzymy produkowane przez mikrorganizmy, szczególnie te wytwarzane przez grzyby. Na ćwiczeniach używany będzie preparat koagulujący mleko wytworzony przez grzyb Rhizomucor miehei, który wykazuje właściwości najbardziej zbliżone do chymozyny cielęcej. Preparat ten zawiera proteinazę aspartylową wydzielaną do płynu hodowlanego, wykazującą najwyższą aktywność proteolityczną w ph 4,1. Proteaza ta, podobnie jak chymozyna, hydrolizuje wiązanie pomiędzy Phe105 a Met106 kappa-kazeiny. Do produkcji serów podpuszczkowych wykorzystywane są również preparaty enzymatyczne otrzymywanych w wyniku heterologicznej ekspresji genów kodujących cielęcą chymozynę w komórkach Escherichia coli, Aspergillus niger oraz Kluyveromyces lactis. Preparaty pochodzenia roślinnego, koagulujące mleko, nie znalazły szerszego zastosowania z powodu dużej aktywności proteolitycznej, co pośrednio powoduje gorzki smak sera. Podpuszczka, jak również preparaty koagulujące białka mleka innego pochodzenia, w postaci handlowej występują głównie jako roztwory o mocy (tj. zdolności do koagulacji/ścinania białek mleka) 1:10 000 lub 1:15 000, co oznacza, że jedna objętość preparatu może skoagulować 10 000 lub 15 000 objętości mleka w ciągu 40 minut, w temperaturze 35 C. Do produkcji sera, stosuje się także preparaty w postaci proszku lub tabletek, o mocy około 10-krotnie wyższej niż dla postaci płynnej (1 g koaguluje 100 l mleka). 2
Działanie podpuszczki oraz preparatu podpuszczkopodobnego na białka mleka. Najliczniejszą grupę białek mleka stanowią kazeiny (~80%). Główne frakcje kazein występujące w mleku to: alfa-s1 (α-s1), alfa-s2 (α-s2), beta (β) oraz kappa (κ) kazeina. W świeżym mleku, białka kazeiny występuje głównie w postaci sferycznych skupisk, zwanych micelami, równomiernie rozprowadzonych w całej objętości mleka. Alfa- i beta-kazeiny to wysoko ufosforylowane białka, które w świeżym mleku zachowują się jak kwas, tworząc sól z jonami wapnia czyli kazeinian wapnia. Kappa-kazeina zawiera tylko jedną ufosforylowaną resztę seryny, co czyni ją rozpuszczalną w obecności jonów wapnia. Zlokalizowana na powierzchni miceli κ-kazeina stabilizuje je, a mocno glikozylowany, hydrofilowy C-koniec jej łańcucha polipeptydowego, wystający ponad powierzchnię miceli, zapewnia micelom odpowiednie uwodnienie i zapobiega agregacji. Koagulacja kazeiny przez podpuszczkę i preparaty podpuszczkopodobne następuje w dwóch fazach. Pierwsza faza ma charakter enzymatyczny. W wyniku hydrolizy wiązania peptydowego pomiędzy Phe105 i Met106 w κ-kazeinie, odszczepiany jest C-końcowy fragment łańcucha polipeptydowego, tzw. glikomakropeptyd (64 reszty aminokwasowe) i powstaje para-κkazeina. Glikomakropeptyd, przechodzi do roztworu, bo jest łatwo rozpuszczalny w wodzie, a także w 3-procentowym kwasie trichlorooctowym (TCA), co zostało wykorzystane w metodzie Ansona oznaczania aktywności proteolitycznej enzymów. Usunięcie hydrofilowego C-końca κ- kazeiny sprawia, że w fazie drugiej w obecności jonów wapnia micele agregują i tworzy się skrzep para-kazeiny (dokładniej para-kazeinianu wapnia). Skrzep powstaje wskutek hydrofobowych oddziaływań pomiędzy micelami, nasilających się w wyniku odłączenia glikomakropeptydu, a co za tym idzie utraty otoczki hydratacyjnej oraz zmniejszenia elektrostatycznego odpychania między micelami. Aktywność proteolityczna preparatów koagulujących białka mleka. Ze względu na specyficzne działanie chymozyny, preparaty podpuszczki charakteryzuje duża zdolność do koagulacji białek mleka a zarazem niska całkowita aktywność proteolityczna. W wyniku aktywności chymozyny hydrolizie ulega tylko jedno wiązanie w cząsteczce κ-kazeiny (Phe-Met) i uwolniony zostaje 64 aminokwasowy peptyd. Wiązania występujące w α- i β- kazeinie są rozszczepiane przez chymozynę w znikomym stopniu. Stąd, w wyniku proteolizy kazeiny przez chymozynę uwalniana jest z kazeiny niewielka ilość peptydów. Nadmierna proteoliza może niekorzystnie wpływać na konsystencję skrzepu sera (powoduje jego rozluźnienie), a duża liczba uwolnionych z kazeiny peptydów może powodować gorzki smak sera ze względu na dużą zawartość aminokwasów hydrofobowych. Dlatego nie wszystkie preparaty podpuszczkopodobne są stosowane w przemyśle mleczarskim. W przypadku preparatu z Rhizomucor miehei, proteaza aspartylowa poza wiązaniem Phe105-Met106 w κ-kazeinie hydrolizuje również wiązania pomiędzy Phe/Leu, Phe/Tyr, Leu/Tyr, Phe/Phe. Jednak pomimo znacznie wyższej, w stosunku do chymozyny, całkowitej aktywności proteolitycznej, preparat może być wykorzystywany w przemyśle, gdyż w tym przypadku uwalniane peptydy w niewielkim stopniu pogarszają smak sera. Zasada metody Ansona. Na ćwiczeniu aktywność proteolityczna preparatów koagulujących białka mleka będzie oznaczana metodą Ansona, która polega na pomiarze ilości tyrozyny i tryptofanu zawartych w peptydach uwolnionych w trakcie hydrolizy kazeiny. Hydrolizę kazeiny prowadzi się inkubując roztwór kazeiny z badanym preparatem enzymatycznym w ph 6,5, czyli w ph świeżego mleka (typowe ph podczas produkcji serów podpuszczkowych) i w temp. 37ºC. Reakcję enzymatyczną przerywa się dodając TCA. Kwas trichlorooctowy wytrąca znajdujące się w roztworze białka, które usuwa się przez sączenie. W przesączu pozostają uwolnione z kazeiny peptydy, które są rozpuszczalne w 3-procentowym TCA. Oznaczenie zawartości tyrozyny i tryptofanu w uwolnionych peptydach wykonuje się fotometrycznie przy użyciu odczynnika Folina-Ciocalteu. Końcowa barwa jest wynikiem redukcji, w środowisku zasadowym, kwasu fosforomolibdenowego i fosforowolframowego (zawartych w odczynniku Folina-Ciocalteu) do błękitu fosforomolibdenowego przez tyrozynę i tryptofan zawarte w peptydach. Natężenie końcowej barwy jest wprost proporcjonalne do ilości tyrozyny i tryptofanu w próbie, a tym samym do ilości peptydów uwolnionych w trakcie hydrolizy kazeiny. 3
Dla uproszczenia, aktywność proteolityczną wyraża się w µmolach tyrozyny w oparciu o krzywą wzorcową przygotowaną dla tego aminokwasu. Elektroforetyczna analiza proteinaz zawartych w stosowanych na ćwiczeniu preparatach koagulujących białka mleka. Elektroforeza to zjawisko przemieszczania się w polu elektrycznym cząsteczek obdarzonych niezrównoważonym ładunkiem elektrycznym (jonów) w kierunku elektrody o przeciwnym ładunku elektrycznym. Prędkość przemieszczania się (migracji) cząsteczki białka zależy od jej ładunku, wielkości i kształtu. Wypadkowy ładunek elektryczny poszczególnych białek zależy od ich składu aminokwasowego, a przede wszystkim od zawartości aminokwasów, których łańcuchy boczne mogą ulegać dysocjacji, ale także od ph buforu. Dodatkowym czynnikiem wpływającym na rozdział jest wielkość porów w nośniku, w którym prowadzona jest elektroforeza. Duże białka natrafiają na większy opór ze strony nośnika, dlatego poruszają się wolniej. Stąd też, prędkość migracji danego białka jest uzależniona nie tylko od jego ładunku, ale i masy. Dlatego różne białka wędrują z różną prędkością będąca podstawą rozdziału białek podczas elektroforezy. Elektroforezę analityczną białek prowadzi się najczęściej w żelu poliakryloamidowym, który jest usieciowanym polimerem. Żele poliakryloamidowe są łatwe i szybkie w przygotowaniu, chemicznie obojętne, całkowicie bezbarwne i pozbawione ładunków elektrostatycznych. Żel poliakryloamidowy powstaje wskutek polimeryzacji dwóch toksycznych substancji: akryloamidu i N,N-metylenobisakryloamidu w wolnorodnikowej reakcji inicjowanej przez nadsiarczan amonu (APS) ulegający rozpadowi w obecności katalizatora: N,N,N,N - tetrametyloetylenoaminy (TEMED). Zmieniając stężenie i proporcje akryolamidu i bisakryloamidu można uzyskać żel o ściśle określonym usieciowaniu, bezpośrednio warunkującym wielkość porów w żelu, a przez to jego zdolność rozdzielczą. Elektroforezę prowadzi się najczęściej techniką płytkową (ang. slab electrophoresis) w płytkach żelowych składających się z żelu zagęszczającego i rozdzielającego, różniących się stężeniem procentowym akryloamidu oraz wartością ph. W żelu zagęszczającym następuje skupienie składników analizowanego preparatu, dzięki czemu wszystkie białka rozpoczynają rozdział od równoczesnego przekroczenia granicy żel zagęszczający/żel rozdzielający, co znacząco wpływa na wzrost rozdzielczości, a przez to na samą jakość rozdziału. Obecnie najczęściej do rozdziału białek stosowana jest elektroforeza nieciągła (ang. discontinuous), w której bufor w żelu i bufor rozwijający różnią się ph, w przeciwieństwie do elektroforezy ciągłej (ang. continous), w której bufor w żelu i bufor elektrodowy mają takie samo ph. W celu zbadania aktywności enzymatycznej, próby poddaje się elektroforezie w warunkach natywnych (niedenaturujących). W technice tej żele albo zawierają substrat albo zanurza się je w jego roztworze po rozdziale elektroforetycznym. Jeśli płytka żelowa zawiera unieruchomiony substrat, w miejscu zatrzymania się enzymów powstaną przebarwienia, będące wynikiem rozkładu substratu, natomiast tło pozostanie ciemne (barwienie negatywowe). W drugim przypadku, w miejscu zatrzymania się enzymów pojawi się barwny prążek (produkt reakcji) na jasnym tle (barwienie pozytywowe). Wynikiem takiego doświadczenia jest zymogram. Do uwidocznienia poszczególnych endopeptydaz zawartych w preparatach koagulujących białka mleka zostanie zastosowana elektroforeza z unieruchomionym, podczas polimeryzacji, substratem dla endopeptydaz modyfikowaną kazeiną (azokazeina). Azokazeina, w odróżnieniu od kazeiny, nie porusza się w polu elektrycznym podczas elektroforezy, dzięki czemu jej stężenie pozostaje jednakowe w całym żelu rozdzielającym. Oznaczenie wykonane in vitro (w probówce) metodą Ansona nie daje możliwości określenia ilości endopeptydaz zawartych w danym preparacie. Natomiast na zymogramie, na ciemnym tle, jakie daje azokazeina skompleksowana z czernią amidową, uwidocznione zostaną jasne pasma aktywności poszczególnych endopeptydaz. Zastosowanie pepstatyny (heksapeptyd pochodzenia bakteryjnego specyficznie hamujący aktywność proteaz aspartylowych) pozwala na potwierdzenie, że w badanych na ćwiczeniu preparatach znajdują się endopeptydazy należące do peptydaz aspartylowych. 4
Odczynniki: 1. 10-procentowy roztwór podpuszczki cielęcej (o zawartości chymozymy co najmniej 75%) w 0,1-molowym buforze fosforanowo-sodowym o ph 6,5. 2. 1-procentowy roztwór preparatu podpuszczkopodobnego z Rhizomucor miehei w 0,1- molowym buforze fosforanowo-sodowym o ph 6,5. 3. 0,1 M bufor fosforanowo-sodowy o ph 6,5. 4. 2-procentowy roztwór kazeiny w 0,1 M buforze fosforanowo-sodowym o ph 6,5. 5. 7,5-procentowy TCA. 6. 0,5 M NaOH. 7. Odczynnik Folina-Ciocalteu. 8. 40-procentowy wodny roztwór mieszaniny akryloamidu i bisakryloamidu w proporcji odpowiednio 37,5 : 1 9. 1-procentowy roztwór azokazeiny w 1,5 M buforze Tris-HCl o ph 8,8 10. 0,5 M bufor Tris-HCl o ph 6,8 11. APS (nadsiarczan amonowy) 10-procentowy wodny roztwór w/o 12. TEMED N,N,N,N -tertrametyloetylenodiamina 13. 0,025 M bufor Tris-Gly ph 8,3 schłodzony do temperatury 4 C (bufor rozwijający) 14. 0,05-procentowy roztwór barwnika (błękit bromofenolowy) w 40-procentowym wodnym roztworze sacharozy 15. 0,2 M bufor octanowy o ph 3,6 (bufor inkubacyjny) 16. 1,25 mm metanolowy roztwór pepstatyny (0,9 mg/ml) 17. Przefiltrowany 0,1-procentowy roztwór czerni amidowej w 7-procentowym kwasie octowym 18. 7-procentowy kwas octowy Wykonanie: 1A. Oznaczanie aktywności proteolitycznej podpuszczki Hydroliza enzymatyczna kazeiny. Otrzymany w kolbie miarowej na 10 ml roztwór podpuszczki cielęcej (1) uzupełnić do kreski 0,1 M buforem fosforanowym (3) i dobrze wymieszać. Do trzech czystych probówek (2 próby pełne i jedna materiałowa) odmierzyć po 2 ml roztworu kazeiny (4) i umieścić je w łaźni wodnej w temp. 37 C. Po 5 min do dwóch probówek (próby pełne) dodać 1 ml podpuszczki z kolby miarowej na 10 ml, szybko wymieszać i inkubować wszystkie trzy próby w temp. 37 C dokładnie przez 15 min. Po 15 min do wszystkich trzech probówek dodać 2 ml TCA (5), a do próby materiałowej także 1 ml podpuszczki z kolby miarowej na 10 ml. Wszystkie próby wymieszać i pozostawić przez 15 min w temperaturze pokojowej w celu całkowitego wytrącenia osadu białek. Następnie próby przesączyć do czystych probówek przez sączki z bibuły. Fotometryczne oznaczenie tyrozyny i tryptofanu w uwolnionych z kazeiny peptydach. Do trzech czystych probówek odmierzyć po 1 ml klarownego przesączu z dwóch prób pełnych i z próby materiałowej. Następnie do każdej probówki dodać po 2 ml 0,5 M NaOH (6) i po 0,6 ml odczynnika Folina-Ciocalteu (7) - zawartość probówek bardzo dobrze wymieszać! Po 10 minutach odczytać wartości absorbancji prób pełnych i materiałowych w fotometrze ustawionym na zero przy długości fali 670 nm wobec wody destylowanej. 1B. Oznaczanie aktywności proteolitycznej preparatu podpuszczkopodobnego Oznaczenie wykonać jak w punkcie 1A, wykorzystując w miejsce podpuszczki cielęcej (1), preparat podpuszczkopodobny z Rhizomucor miehei (2). 2. Przeprowadzenie zymograficznej analizy proteinaz zawartych w stosowanych na ćwiczeniu preparatach koagulujących białka mleka 5
Przygotowanie płytek poliakryloamidowych z unieruchomionym substratem (azokazeiną) Statyw do formowania żeli z aparatu do elektroforezy pionowej np. Mini-Protean firmy Bio-Rad złożyć wg wskazówek prowadzącego ćwiczenie. Szczególną uwagę zwrócić na odtłuszczenie powierzchni szyb tworzących komorę przeznaczoną do uformowania płytek z żelu poliakryloamidowego. Wszystkie czynności bezpośrednio związane z przygotowaniem płytek żelowych wykonywać w rękawiczkach ochronnych. Przygotowanie żelu rozdzielającego na 2 płytki. Do szklanego naczynia (zlewka o pojemności 50 ml) odmierzyć: 4,5 ml 40-procentowego roztworu akryloamidu i bisakryloamidu (8) 3,75 ml 1-procentowego roztworu azokazeiny w 1,5 M buforze Tris-HCl o ph 8,8 (9) 6,66 ml wody dejonizowanej 75 µl 10-procentowego APS (11) 15 µl TEMED (12) Wszystkie składniki szybko wymieszać i przenieść pipetą po 7,25 ml do komór utworzonych przez szyby umieszczone w statywie do formowania płytek żelowych. W celu stworzenia beztlenowych warunków polimeryzacji wlaną między szyby mieszaninę odczynników nawarstwić bezzwłocznie wodą dejonizowaną i pozostawić na 30 minut do polimeryzacji. Przygotowanie żelu zagęszczającego. Ostrożnie usunąć wodę znad powierzchni spolimeryzowanego żelu rozdzielającego. Do naczynia szklanego (zlewka o pojemności 50 ml) odmierzyć i szybko wymieszać: 1 ml 40-procentowego 30% roztworu akryloamidu i bisakryloamidu (8) 2,5 ml 0,5 M buforu Tris-HCl o ph 6,8 (10) 6,44 ml wody dejonizowanej 50 µl 10-procentowego APS (11) 10 µl TEMED (12) Mieszaninę odczynników wlać do przestrzeni nad spolimeryzowanym żelem rozdzielającym i ostrożnie umieścić w niej grzebień (dla uformowania studzienek dołków na poddawane elektroforezie preparaty). Pozostawić na 30 minut do polimeryzacji. Spolimeryzowane płytki schłodzić do temperatury 4 C. Rozdział elektroforetyczny badanych preparatów Kierując się wskazówkami prowadzącego ćwiczenia umieścić płytki szklane ze spolimeryzowanym żelem w aparacie do elektroforezy. Wyjąć grzebienie, przepłukać studzienki buforem rozwijającym (13) i napełnić nim powstałą komorę górną. Upewnić się czy moduł jest szczelny (w razie potrzeby złożyć moduł powtórnie), po czym umieścić go w komorze dolnej wypełnionej, do odpowiedniego poziomu, tym samym buforem. Cały aparat umieścić w łaźni lodowej. Do studzienek nanieść badane preparaty wg schematu podanego przez prowadzącego ćwiczenia. Przed naniesieniem badane próby połączyć w stosunku 4:1 z roztworem barwnika (14). Elektroforezę prowadzić przy stałym natężeniu prądu równym 20 ma przez 30 minut, a następnie zwiększyć natężenie do 30 ma. Elektroforezę zakończyć, gdy barwnik znajdzie się 1,5 cm nad dolną krawędzią płytki żelowej. Wykrywanie aktywności proteinaz zawartych w badanych preparatach koagulujących białka mleka i badanie ich wrażliwości na pepstatynę Po zakończonej elektroforezie, wyjąć płytki żelowe rozdzielając odpowiednio szybki, a następnie podzielić je na dwie części. Jedną z nich umieścić w naczyniu ze schłodzonym w łaźni lodowej buforem inkubacyjnym (15), będzie to płytka/próba kontrolna; drugą przenieść do innego naczynia z tym samym buforem, ale zawierającym pepstatynę o stężeniu 10 µm (16). Obydwa naczynia umieścić w chłodziarce w temp. 4 C na 15 minut, w celu umożliwienia skompleksowania inhibitora (pepstatyny A) z proteinazami aspartylowymi. Następnie naczynia umieścić w łaźni wodnej w temperaturze 37 C na 1 godzinę, po czym usunąć ostrożnie bufor inkubacyjny, a płytki żelowe zanurzyć w roztworze czerni amidowej (17) i pozostawić w temperaturze pokojowej, na 6
co najmniej 2 godziny (maksymalny czas barwienia nie powinien przekraczać 12 godzin). Następnie roztwór barwnika zastąpić 7-procentowym kwasem octowym (18), który należy wymienić kilkakrotnie do odbarwienia żelu zagęszczającego. Opracowanie wyników Obliczenia aktywności proteolitycznej 1. Obliczyć średnią wartość absorbancji prób pełnych i odjąć od niej wynik próby materiałowej. 2. Na podstawie obliczonej różnicy absorbancji, odczytać z krzywej wzorcowej ilość µmoli tyrozyny zawartej w 1 ml przesączu. 3. Obliczyć aktywność proteolityczną podpuszczki oraz preparatu podpuszczkopodobnego w µmolach tyrozyny zawartej w peptydach uwolnionych z kazeiny w ciągu 1 minuty przez 1 g preparatu enzymatycznego. Przykładowe obliczenia aktywności proteolitycznej preparatu podpuszczkopodobnego: Absorbancja próby pełnej 1 Absorbancja próby pełnej 2 Średnia absorbancja prób pełnych Absorbancja próby materiałowej Różnica absorbancji Ilość µmoli tyrozyny odczytana z krzywej wzorcowej dla różnicy absorbancji 0,308 0,298 0,303 0,053 0,250 0,113 W 1 ml przesączu, pobranego do reakcji barwnej, znajduje się 0,113 µmoli tyrozyny. Ponieważ 1 ml pobrano z 5 ml przesączu, stąd w całej objętości przesączu znajduje się 0,565 µmoli tyrozyny. Jest to ilość tyrozyny zawarta w peptydach uwolnionych z kazeiny przez 1 ml rozcieńczonego preparatu podpuszczkopodobnego pobranego do reakcji enzymatycznej. Ponieważ 1 ml preparatu podpuszczopodobnego pobrano z kolbki o objętości 10 ml, stąd aktywność preparatu zawartego w kolbce równa jest 5,65 µmolom tyrozyny. Wiedząc, że kolbka przed uzupełnieniem do objętości 10 ml, zawierała 2,5 ml wyjściowego preparatu enzymatycznego przygotowanego przez rozpuszczenie 1 g w 100 ml buforu, aktywność proteolityczną preparatu podpuszczkopodobnego możemy obliczyć następująco: aktywność 2,5 ml wyjściowego roztworu wynosi 5,65 µmoli tyrozyny aktywność 1 g preparatu podpuszczkopodobnego jest równa 226 µmolom tyrozyny, a po uwzględnieniu czasu trwania reakcji enzymatycznej (15 min) aktywność ta będzie równa 15,06 µmolom tyrozyny 1g -1 preparatu podpuszczkopodobnego 1 min -1. Podobne obliczenia wykonać dla podpuszczki cielęcej. Porównać wyniki dla obu preparatów koagulujących mleko i wyciągnąć wnioski dotyczące zależności pomiędzy aktywnością proteolityczną tych preparatów a ich zdolnością do koagulacji białek mleka wiedząc, że moc tj. zdolność koagulacyjna 1 grama obu stosowanych na ćwiczeniach preparatów jest zbliżona. Analiza zymogramów Pozbawione nadmiaru barwnika zymogramy sfotografować, fotografie opisać i umieścić w sprawozdaniu. Na podstawie uzyskanych wyników sformułować wnioski. Literatura 1. Anson ML (1938) The estimation of pepsin, trypsin, papain and cathepsin with hemoglobin. J Gen Physiol 22: 79-89. 2. Harboe M, Broe ML, Qvist KB. (2010) The production, action and application of rennet and coagulants. W Thechnology of cheesmaking. Law BA i Tamie AY, red, pp 98-125. Blackwell Publishing Ltd. 3. Heussen C, Dowdle EB (1980) Electrophoretic analysis of plasminogen activators in polyacrylamide gels containing SDS and copolymerized substrate. Anal Biochem 102: 196-202. 7
4. Jóźwiak Z, Bartosz G (2008) Biofizyka. PWN, Warszawa 5. Kłyszejko-Stefanowicz L (red.) (2003) Ćwiczenia z biochemii, PWN, Warszawa 6. Preetha S, Boopathy R (1997) Purification and characterization of a milk clotting protease from Rhizomucor miehei. World J Microbiol Biotechnol 13: 573-578. 7. Whitaker JR, Voragen AGJ, Wong DWS (2003) Handbook of food enzymology. Marcel Dekker Inc., New York. 8