افزايش پايداري حلاليت پروتئين كراتين در محلو‌ل‌هاي آبي با استفاده از اصلاح ساختار شيميايي به روش آلكيلاسيون و سولفيدوليز

Increasing the stability of keratin protein solubility in aqueous solutions using the chemical structure modification by alkylation and sulfitolysis methods

سابقه‌ و هدف: در دو دهه گذشته، پروتئين‌ها و پپتيدها تبديل به يك گروه مهم از داروها شده‌اند. با اين حال، حساسيت به تخريب شيميايي و فيزيكي از چالش‌هاي اصلي كاربردهاي صنعتي و دارويي پروتئين‌ها است. كمابيش90 درصد از وزن پرمرغ از ضايعات صنايع دام و طيور، كراتين‌ است. اين پروتئين نامحلول بوده و تمايل شديدي به تجمع و رسوب‌دهي دارد. مواد و روش‌ها: در اين پژوهش كراتين از پر مرغ با محلول سديم هيدروكسيد 0/2 مولار استخراج شد و توسط آنزيم آلكالاز صنعتي (V/V) 8 درصد در دماي 55 درجه‌ سانتي‌گراد به­مدت 5 ساعت در pH برابر 8 هيدروليز شد. محلول كراتين به ­دست آمده، توسط روش آلكيلاسيون و سولفيدوليز به­منظور كاهش اگريگاسيون مورد اصلاح ساختار شيميايي قرار گرفت. حلاليت كراتين، درجه اصلاح شيميايي، درصد پايداري، مقدار مول تيول آزاد و هم­چنين DLS و FTIR نمونه‌ها بررسي شد. يافته‌ها: نتايج نشان داد درجه‌ اصلاح شيميايي كراتين در روش آلكيلاسيون 72 درصد و در روش سولفيدوليز با 66 درصد بوده است. اصلاح شيميايي كراتين هيدروليز شده باعث كاهش اگريكاسيون در 3pH به­ ميزان 288/65 درصد و 335/3 درصدي به ­ترتيب براي روش آلكيلاسيون و روش سولفيدوليز به­دست آمده‌است. بررسي پايداري و حفظ محتوي پروتئيني نشان داد، كراتين اصلاح شده به ­روش آلكيلاسيون 81/9 درصد و كراتين اصلاح شده به روش سولفيدوليز 86/3 درصد در طي 30 روز پايدار بوده‌است در صورتي­كه كراتين هيدوليز شده به ­عنوان شاهد تنها 9/8 درصد از محتواي پروتئيني خود را حفظ كرده و پايداري داشته‌است. نتيجه‌ تست DLS نمونه‌ محلول كراتين اصلاح شده با روش آلكيلاسيون در آب، داراي 0/476= PI و اندازه متوسط ذرات 157/3 نانومتر است، در نمونه‌ كراتين اصلاح شده با روش سولفيدوليز در آب، مقدار 0/475=PI و اندازه‌ متوسط ذرات 136/2 نانومتر تعيين گرديد، كه نسبت ­به نمونه‌ كراتين هيدروليز شده با 0/552=PI و اندازه‌ متوسط 990/3 نانومتر، يكنواخت‌تر و پراكنده‌تر بوده است. نتيجه‌گيري: اصلاح شيميايي انجام شده بر روي كراتين هيدوليز شده تغييري دائمي بوده و اتصال گروه‌هاي عاملي مورد انتظار باعث افزايش حلاليت كراتين در محيط‌هاي آبي و كاهش تجمع در pH‌ اسيدي شده است. هم­چنين نتايج آناليز FTIR اصلاح شيميايي كراتين را تأييد كرد.

Aim and Background:In the past two decades, proteins and peptides have become an important class of therapeutic drugs. However, their sensitivity to chemical and physical degradation has posed challenges for scientists. Approximate 90% of the chicken feather of slaughterhouse waste is Keratin. Keratin protein is insoluble in water and has a strong tendency to accumulate and precipitate. Today, the stability of proteins in pharmaceutical applications is of great importance. Materials and Methods:In this study, Keratin was extracted from feather by sodium hydroxide 0.2 M and hydrolyzed by 8% (V/V) Alcalase enzyme in 55 Celsius, at 8 pH. The hydrolyzed Keratin solution was chemically modified by alkylation and sulfitolysis to reduce aggregation. Keratin solubility, degree of chemical modification, percentage of stability, mol amount of free thiol, also DLS, and FTIR of the samples were investigated. Results: The result showed that the degree of chemical modification of Keratin in the alkylation method was 72% and the sulfitolysis method was 66%. The chemical modification of hydrolyzed Keratin was reduced aggregation at pH3 to 288.65% and 335.3% for alkylation method and sulfitolysis respectively. Investigation of the stability and preservation of protein content showed that the stability of modified Keratin by alkylation method was 81.9% and by sulfitolysis method was 86.3% in 30 days, but the hydrolyzed Keratin as a control preserved only 9.8% of protein content. The result of the DLS test shows that the Keratin modified by alkylation in water has PI=0.476 and a mean particle size of 157.3 nm and Keratin modified by sulfitolysis in water has PI=0.475 and a mean particle size of 136.2 nm, which was more uniform and dispersed than the hydrolyzed Keratin with PI=0.552 and a mean particle size of 990.3 nm. Conclusion:The chemical modification of hydrolyzed Keratin was a permanent change and binding of expected groups increased the Keratin solubility in aqueous solution and decreases the aggregation at acidic pH. The results of the FTIR analysis confirmed the chemical modification of Keratin.