БИОФИЗИКА, 2022, том 67, № 3, с. 467-476
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА
УДК 577.325:577.15
ХИТОЗАН КАК ФОТОПРОТЕКТОР ДЛЯ ИММОБИЛИЗОВАННОГО
НА ЕГО МАТРИЦЕ ПАПАИНА
© 2022 г. М.Г. Холявка*, **, С.М. Панкова*, ***, Ю.М. Вышкворкина****,
А.Н. Лукин*, М.С. Кондратьев*****, В.Г. Артюхов*
*Воронежский государственный университет, 394018, Воронеж, Университетская пл., 1
E-mail: holyavka@rambler.ru
**Севастопольский государственный университет, 299053, Севастополь, Университетская ул., 33
***Воронежский государственный медицинский университет им. Н.Н. Бурденко,
394036, Воронеж, Студенческая ул., 10
****Московский физико-технический институт, 117303, Москва, Керченская ул., 1а/1
E-mail: yuliya.vyshkvorkina@phystech.edu
***** Институт биофизики клетки РАН - обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный центр
биологических исследований РАН», 142290, Пущино Московской области, Институтская ул., 3
E-mail: ma-ko@bk.ru
Поступила в редакцию 04.02.2022 г.
После доработки 04.02.2022 г.
Принята к публикации 14.03.2022 г.
Установлено, что при действии УФ-излучения в дозах 453-6040 Дж/м2 наблюдается снижение ка-
талитической активности папаина. Иммобилизация на матрице хитозана приводит к повышению
стабильности молекул папаина по отношению к УФ-облучению в диапазоне доз от 151 до
6040 Дж/м2 по сравнению со свободным ферментом. Модификации в ИК-спектрах иммобилизо-
ванного папаина практически не затрагивают полосы, обусловленные белковым компонентом си-
стемы - амид I, амид II и амид III. Поэтому можно постулировать, что матрица хитозана выступает
в качестве фотопротектора для иммобилизованного на ней папаина. Полученные результаты могут
быть полезны при разработке путей комплексного применения УФ-излучения, папаина и произ-
водных хитозана для сокращения сроков заживления кожных покровов, а также при подборе усло-
вий стерилизации УФ-светом лекарственных препаратов, содержащих папаин.
Ключевые слова: УФ-облучение, адсорбционная иммобилизация, папаин, хитозан.
DOI: 10.31857/S0006302922030061, EDN: ANESYX
УФ-излучение - один из общепризнанных
Папаин (КФ 3.4.22.2) относится к монотиоло-
факторов, оказывающих многостороннее воздей-
вым цистеиновым эндопротеазам, обладает про-
ствие на организмы как на клеточном, так и на
тивовоспалительными и антиоксидантными эф-
молекулярном уровне. Особый интерес представ-
фектами, бактерицидной, бактериостатической и
дезинфицирующей активностями, способностью
ляет изучение биофизических механизмов фото-
к гидролизу многих белков, в том числе коллаге-
терапии, являющейся высокоэффективным ва-
на. Фермент ускоряет заживление ран, трофиче-
риантом для профилактики и терапии кожных за-
ских язв, пролежней, способствуя их очищению
болеваний. При лечении ожоговых ран
от некротических масс и патогенной микрофло-
использование ультрафиолетового света корот-
ры. В последнее время папаин признан перспек-
коволнового спектра является эффективным
тивным для косметического лечения шрамов и
способом благодаря его выраженному антибакте-
рубцов [5-9].
риальному эффекту, отсутствию микроабсцессов
Основным недостатком растворимой формы
и клеточной инфильтрации [1, 2]. Кроме того,
протеолитических ферментов является их быст-
влияние УФ-излучения на биоматериалы необхо-
рая инактивация за счет протеолиза [10, 11]. Од-
димо исследовать еще и потому, что оно часто ис-
ним из способов повышения стабильности фер-
пользуется при стерилизации препаратов для их
ментов может служить их иммобилизация на по-
последующего применения в медицинской прак-
лимерных носителях [12, 13]. Было предпринято
тике [3, 4].
множество попыток стабилизации структуры па-
467
468
ХОЛЯВКА и др.
паина, таких как ковалентная иммобилизация,
ное использование действия УФ-излучения, про-
взаимодействие с ионном металла, сополимери-
теаз и производных хитозана, возможно, будет
зация с помощью глутарового альдегида, иммо-
способствовать более быстрому восстановлению
билизация в агарозе, ковалентное связывание с
раны или ожога и сокращению сроков заживле-
полиэфирсульфоном, модификация янтарным
ния кожных покровов, поэтому целью нашей ра-
ангидридом, простая адсорбция в Celite®, ионная
боты было изучить особенности воздействия УФ-
абсорбция в КМ-целлюлозе (катионит) и QAE-
излучения на процессы фотомодуляции свобод-
Sephadex® (анионит) [14-16], включение в гель
ного и иммобилизованного на матрице хитозана
на основе крахмала [17]; включение в нитриловое
папаина.
волокно, обогащенное аминогруппами [18]; им-
мобилизация на поверхность хлопчатобумажной
ткани [19], сефарозы [20], наночастиц [21-23];
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
включение в ниосомы, наносферы, липосомы
В качестве объекта исследования был выбран
[24-26]. Существуют и другие стратегии иммоби-
папаин фирмы Sigma-Aldrich (США), субстратом
лизации папаина - синтез пористых сшитых фер-
для гидролиза служил бычий сывороточный аль-
ментных агрегатов
[27], инкапсулирование в
бумин фирмы Sigma-Aldrich, носителями для им-
кремниевую матрицу [28], включение в состав
мобилизации - два вида хитозана, синтезирован-
магнитных золотых нанокомпозитов, модифици-
ных ЗАО «Биопрогресс» (Щелково, Московская
рованных
3-(меркаптопропил)триметоксисила-
обл.): хитозан пищевой кислоторастворимый
ном [29].
среднемолекулярный (Мr = 200 кДа), хитозан
Разработаны глазные лекарственные пленки с
кислоторастворимый
высокомолекулярный
совместно иммобилизованными в поливинило-
(Мr = 350 кДа).
вый спирт папаином и мочевиной с высокой про-
теолитической активностью, стабильные при
Иммобилизацию папаина на матрице хитоза-
хранении (полтора года) и стерилизации γ-облу-
нов осуществляли адсорбционным методом. К 1 г
чением (15 кГр), предназначенные для фермента-
хитозана добавляли 20 мл раствора фермента в
тивной терапии роговицы ожогов глаз [30].
концентрации 1 мг/мл в 0.05 М глициновом
буфере (рН 9.0), инкубировали в течение 4 ч с пе-
Перспективными носителями для иммобили-
зации лекарственных средств белковой природы
риодическим перемешиванием для среднемоле-
являются хитозаны и их производные, которые
кулярного хитозана, а при использовании высо-
обладают антибактериальной активностью, низ-
комолекулярного хитозана время сорбции со-
ставляло
5 ч. Суспензию центрифугировали
кой аллергенностью и относительно низкой сто-
при 1500 g в течение 10 мин. Образовавшийся оса-
имостью. Хитозан является сополимером 2-ами-
но-2-дезокси-β-D-глюкозамина и 2-ацетамидо-
док промывали
0.05 М трис-HCl-буфером
2-дезокси-β-D-глюкозамина, связанных β(1→4)-
(pH 7.5) до отсутствия в промывных водах белка
связями. Полимер проявляет слабоосновные
(контроль осуществляли на спектрофотометре
СФ-2000 (ООО «ОКБ СПЕКТР», Санкт-Петер-
свойства: pKa 6.5, что близко к значению pKa
бург) при λ = 280 нм). Полученные образцы высу-
остатков D-глюкозамина [31-37]. Кроме того,
шивали при комнатной температуре. Определе-
были попытки протестировать хитозан в качестве
ние количества белка в препаратах и активности
носителя для фотосенсибилизаторов типа пор-
фермента проводили модифицированным мето-
фиразина. Хитозан эффективно предотвращал
дом Лоури [43].
фотодеградацию их макроциклов [38]. Из хитоза-
на получают пористые структуры и тонкие плен-
Перед облучением к образцам фермента до-
ки для использования при трансплантации кле-
бавляли 0.05 М фосфатный буфер с рН 6.8 в соот-
ток и регенерации тканей. В медицине и фарма-
ношении 1 мг/мл для свободного и 50 мг/мл (что
ции хитозан применяется в составе бинтов,
эквивалентно 1 мг/мл по белковой составляю-
губок, мембран, искусственной кожи, контакт-
щей) для иммобилизованного на хитозане папаи-
ных линз, средств для лечения заболеваний ко-
на. Процесс УФ-облучения происходил при не-
стей и хирургических швов [39-41]. Свойства хи-
прерывном перемешивании соответственно рас-
тозана могут быть модифицированы при воздей-
твора и суспензии в объеме 4 мл (толщина слоя в
ствии ультрафиолетового облучения, несмотря на
середине кюветы 7 мм) магнитной мешалкой в
то, что сам хитозан не имеет полос поглощения в
круглодонной
термостатируемой
кювете
области 220-500 нм [42].
(20 ± 1°С) с помощью ртутно-кварцевой лампы
типа ДРТ-400 через светофильтр УФС-1 с поло-
В связи с появлением и усиленным размноже-
сой пропускания 240-390 нм в течение 1, 3, 5, 10,
нием бактерий, устойчивых к антибиотикам, эф-
20, 30 и 40 мин. Доза облучения составила соот-
фекты УФ-облучения во взаимосвязи с терапией
протеиназами следует исследовать как альтерна-
ветственно 151, 453, 755, 1510, 3020, 4530 и
тивный подход к лечению инфекций. Комплекс-
6040 Дж/м2.
БИОФИЗИКА том 67
№ 3
2022
ХИТОЗАН КАК ФОТОПРОТЕКТОР
469
Регистрацию ИК-спектров анализируемых
данным работы [45] не очевидна простая корре-
образцов осуществляли на ИК-Фурье-спектро-
ляция между потерей активности фермента и раз-
метре Vertex-70 (Bruker, Германия). Спектры сни-
рушением любого аминокислотного остатка-хро-
мали с неориентированных порошковых образ-
мофора для трех длин волн - 254, 280 и 313 нм.
цов, которые получали после УФ-облучения им-
Установлено, что относительно низкая реакци-
мобилизованного папаина путем высушивания
онная способность трех остатков цистина обу-
препаратов при комнатной температуре и из-
словлена сильным стабилизирующим действием
мельчения до состояния пудры.
нековалентных связей, а не маскированием
остатков цистина другими группами.
Диаметр молекул папаина измеряли на прибо-
ре Nano Zetasizer ZS (Malvern Instruments, Вели-
После иммобилизации папаина на матрице
кобритания). Обратный рассеянный свет от
среднемолекулярного и высокомолекулярного
He/Ne-лазера мощностью 4 мВт (632.8 нм) соби-
хитозанов при воздействии доз в диапазоне от 151
рали под углом 173° при температуре 25°С.
до 6040 Дж/м2 не выявлено изменений в катали-
Подготовку структуры папаина для докинга
тической способности фермента.
выполняли по стандартной для пакета программ
Изменение размера молекул папаина при дей-
автоматизированного молекулярного докинга
ствии УФ-излучения не было детектировано во
Autodock Vina схеме, описанной авторами пакета
всем диапазоне используемых нами доз, однако,
на сайте: из входного файла PDB были удалены
при облучении УФ-светом в дозе 755 Дж/м2 была
координаты атомов (и сами атомы) молекул рас-
выявлена тенденция к увеличению диаметра бел-
творителя, буфера и лигандов. Перед проведени-
ковой глобулы при существенном расширении
ем численных расчетов была выполнена расста-
значений доверительных интервалов в данной
новка зарядов на поверхности белков c помощью
точке, что косвенно может свидетельствовать о
MGLTools. Центр молекулы и параметры бокса
наличии в облучаемой системе одновременно не-
(«ячейки») мы задавали вручную, добиваясь того,
скольких конформационных форм фермента с
чтобы молекула протеазы полностью была внутри
различным размером молекулы (рис. 1).
расчетной области пространства.
В активный центр папаина входит цистеин
Модель структуры хитозана была нарисована в
(Cys25) - аминокислота, являющаяся хромофо-
молекулярном конструкторе HyperChem, после-
довательно оптимизирована сначала в силовом
ром для УФ-света, поэтому ниже мы приводим
поле AMBER, а потом квантово-химически в
описание механизма каталитического действия
PM3. Лиганд в расчетах докинга имел максималь-
этого фермента для понимания причин снижения
его протеолитической активности после УФ-об-
ную конформационную свободу: допускалось
вращение функциональных групп вокруг всех
лучения. Для цистеиновых протеаз характерна
одинарных связей. Расстановку зарядов на моле-
консервативная структура гидрофобного ядра,
куле хитозана и ее протонирование/депротони-
состоящая из двух доменов - α-спирального и β-
рование осуществляли автоматически в пакете
складчатого типа, которые были названы L- и R-
доменами [46]. Активный центр папаина распо-
MGLTools 1.5.6.
ложен на границе L- и R-доменов в V-образной
Статистическую обработку полученных ре-
расщелине и образован цистеином (Cys25), ги-
зультатов проводили при уровне значимости 5% с
стидином (His159), аспарагином (Asn175) и остат-
использованием t-критерия Стьюдента.
ком глутамина (Gln19), которые консервативны
для всех папаин-подобных протеаз. Cys25 и
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
His159 образуют карман для связывания с ионной
парой (рис.
2), стабилизированный Asn175.
При УФ-облучении раствора папаина в дозе
Сульфгидрильная группа Cys25 выполняет функ-
453 Дж/м2 наблюдалось уменьшение его катали-
цию нуклеофильной атаки на карбонильный уг-
тической активности на 32% по сравнению с кон-
лерод пептидной связи субстрата, что приводит к
трольным (необлученным) образцом. При даль-
образованию нестабильного тетраэдрического
нейшем повышении дозы облучения фермент со-
промежуточного соединения, которое разруша-
хранял свою активность на относительно
ется, образуя свободный фермент и N-концевую
постоянном уровне.
часть субстрата. Другим важным остатком явля-
Известно, что за функционально активное по-
ется Gln19, который, вероятно, помогает в обра-
глощение УФ-света белковыми молекулами от-
зовании оксианионной дыры путем стабилиза-
ветственны хромофорные группы, представляю-
ции тетраэдрического промежуточного продукта.
щие собой остатки ароматических аминокислот:
Asn175 образует водородную связь с His159, но не
прежде всего триптофана, в значительно мень-
является необходимым для катализа [47]. Trp177,
шей степени тирозина и фенилаланина, а также
который наряду с Cys25 является хромофором для
цистина [44]. Механизм действия УФ-излучения
УФ-света, хотя и не входит в состав активного
на молекулы папаина достаточно сложный. По
центра папаина, но участвует в генерации нук-
БИОФИЗИКА том 67
№ 3
2022
470
ХОЛЯВКА и др.
Рис. 1. Влияние УФ-излучения на удельную каталитическую активность (а), диаметр молекул папаина (б) и их
изменение в процентах (в). На рис. (а) свободный фермент обозначен цифрой 1, иммобилизованный на
среднемолекулярном хитозане - 2, иммобилизованный на высокомолекулярном хитозане - 3. На рис. (в) изменение
(в %) удельной каталитической активности папаина обозначено цифрой 4, изменение (в %) диаметра молекул
фермента - 5.
леофильного
характера
ионной
пары
зации фермента. Более высокую устойчивость к
Cys25/His159 [48]. В работе [49] был показан су-
действию УФ-излучения иммобилизованного на
щественный вклад фотоионизации остатка Trp
хитозане папаина можно объяснить следующим
177 в процессы инактивации папаина.
образом: в процессе его адсорбции на матрице
На рис. 3 отражены связи и взаимодействия
носителя принимают участие три аминокислот-
между молекулой папаина (PDB ID: 9PAP) и мат-
ных остатка - хромофора для УФ-света: Tyr61,
рицей хитозана, возникающие в ходе иммобили-
Суs63 и Tyr67. Кроме того, два остатка из активно-
БИОФИЗИКА том 67
№ 3
2022
ХИТОЗАН КАК ФОТОПРОТЕКТОР
471
Рис. 2. Механизм разрыва пептидной связи под действием папаина по данным работы [48].
го центра папаина Cys25 и His159 также задей-
тра, а также за счет возможного экранирования
ствованы в процессах иммобилизации фермента
УФ-лучей от остатков Tyr61, Суs63 и Tyr67.
на хитозане, что объясняет снижение его катали-
Для более полного обсуждения наблюдаемых
тической активности после адсорбции на поверх-
эффектов мы зарегистрировали ИК-спектры па-
ности носителя и повышение его устойчивости к
паина, свободного и иммобилизованного на мат-
действию УФ-излучения.
рице среднемолекулярного и высокомолекуляр-
ного хитозанов, до и после облучения образцов
На рис. 4 показана ориентация хромофоров
УФ-светом в дозах 151, 453, 755, 1510, 3020, 4530 и
для УФ-света в молекуле папаина по отношению
6040 Дж/м2 (рис. 5 и 6).
к его активному центру и аминокислотным остат-
кам, принимающим участие в образовании свя-
ИК-спектр папаина имеет одну преобладаю-
зей и осуществлении взаимодействий с матрицей
щую над другими полосу при 3450-3225 см-1 с
хитозана. Из рисунка отчетливо видно, что, кро-
максимумом при 3300 см-1, обусловленную рас-
ме перечисленных выше аминокислот, остатки
тяжением связи N-H вторичного N-замещенно-
Asn64, Val133, Asp158, Val157 и Ala160, которые
го амида; пик 2981 см-1, связанный с растяжени-
образуют связи и взаимодействия с матрицей хи-
ем связи С-Н; максимум 1650 см-1, вызванный
тозана в ходе иммобилизации, находятся в непо-
C=O-растяжением карбоксильной группы; поло-
средственной близости от активного центра фер-
су значительной интенсивности в области 1600-
мента. Таким образом, адсорбция папаина на
1500 см-1, обусловленную наличием C-C-связей;
матрице хитозана оказывает значительное влия-
ние на устойчивость иммобилизованного фер-
максимумы 1429 и 1321 см-1, вызванные дефор-
мента к УФ-излучению, вероятно, за счет повы-
мацией С-Н в алкильных радикалах аминокис-
шения жесткости структуры его активного цен- лотных остатков; пики 868 и 850 см-1, связанные
БИОФИЗИКА том 67
№ 3
2022
472
ХОЛЯВКА и др.
Рис. 3. Связи (обозначены пунктирными линиями с указанием длины в Å) и взаимодействия между молекулой
папаина и матрицей хитозана, возникающие в ходе адсорбции фермента на носителе.
с процессами деформации ароматического коль-
После иммобилизации папаина на матрице
ца остатков триптофана и тирозина; максимумы
среднемолекулярного хитозана существенных
изменений максимумов и интенсивности полос
при 1150-1050 и 705-570 см-1, обусловленные на-
личием C-S-связей [50, 51].
амид I (1690-1630 см-1), амид II (1560-1520 см-1)
и амид III (1250-1200 см-1) при УФ-облучении
Для хитозанов характерны следующие пики на
образцов во всем диапазоне используемых нами
ИК-спектрах:
3600-3100 см-1 (N-H, O-H),
доз не происходит (рис. 5).
3100-2800 см-1 (растяжение C-H),
1635-
После УФ-облучения в ИК-спектрах папаина,
1630 см-1 (C-N, N-H), 1558-1550 см-1 (C-N,
иммобилизованного на высокомолекулярном хи-
N-H), двойной пик при 1409-1406 и 1379-
тозане, наблюдаются следующие модификации:
1316 см-1 (деформационные колебания О-Н и
смещение пика от 1649 см-1 (необлученный об-
С-Н в пиранозном кольце), 1200-1000 см-1 (рас-
разец) в сторону уменьшения значений волновых
тяжение C-O-C) [52, 53]. Среднемолекулярный
чисел до 1644 см-1 (после воздействия дозы
хитозан под воздействием УФ-света претерпевает
6040 Дж/м2) и небольшое снижение интенсивно-
более существенные структурные модификации,
сти полосы амид I (рис. 6).
чем высокомолекулярный хитозан: изменения в
его ИК-спектре более выражены. В частности,
Как видно из рис. 5 и 6, изменения в ИК-спек-
наблюдается снижение интенсивности пика в об-
трах иммобилизованного папаина практически
ласти 2880-2875 см-1 и смещение его максимума
не затрагивают полосы, обусловленные белко-
в сторону увеличения значений волновых чисел,
вым компонентом системы: амид I, амид II и
что, вероятно, связано с модификацией некото-
амид III. Поэтому можно констатировать, что
рых -СN- и -СH связей.
матрица хитозана выступает в качестве фотопро-
БИОФИЗИКА том 67
№ 3
2022
ХИТОЗАН КАК ФОТОПРОТЕКТОР
473
Рис. 4. Хромофоры для УФ-излучения в молекуле папаина (PDB ID: 9PAP) (серые линии) по отношению к его
активному центру (черные жирные линии) и аминокислотным остаткам, принимающим участие в образовании
связей и осуществлении взаимодействий с матрицей хитозана (черные линии). Tyr 61, Cys 63 и Tyr 67 (серые жирные
линии) одновременно являются хромофорами для УФ-света и принимают участие в процессе адсорбции фермента на
носителе.
тектора для иммобилизованного на ней фер-
Иммобилизация приводит к повышению ста-
мента.
бильности структуры молекул гетерогенного био-
катализатора по отношению к УФ-облучению по
сравнению с его свободными молекулами. Мат-
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
рица хитозана, вероятно, играет роль фотопро-
тектора для иммобилизованного на ней фер-
При действии УФ-излучения в дозе 453 Дж/м2
мента.
нами зарегистрировано снижение каталитиче-
Полученные результаты следует учитывать
ской активности папаина, которая сохранялась
при разработке препаратов антибактериального
на относительно постоянном уровне при даль-
назначения, расширении и совершенствовании
нейшем облучении образцов фермента. Тенден-
способов терапии гнойных ран путем сочетанно-
ция к увеличению диаметра молекулы папаина
го действия иммобилизованного папаина и УФ-
выявлялась после воздействия дозой 755 Дж/м2,
облучения в терапевтических дозах.
при облучении в диапазоне доз 1510-6040 Дж/м2
размеры молекул облученного и необлученного
фермента практически совпадали.
БИОФИЗИКА том 67
№ 3
2022
474
ХОЛЯВКА и др.
Рис. 5. ИК-спектры папаина, иммобилизованного на матрице среднемолекулярного хитозана, до и после УФ-
облучения в диапазоне доз 151-6040 Дж/м2.
Рис. 6. ИК-спектры папаина, иммобилизованного на матрице высокомолекулярного хитозана, до и после УФ-
облучения в диапазоне доз 151-6040 Дж/м2.
БЛАГОДАРНОСТИ
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Регистрацию ИК-спектров анализируемых
Авторы заявляют об отсутствии конфликта
образцов осуществляли в Центре коллективного
интересов.
пользования научным оборудованием Воронеж-
ского государственного университета.
СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ
ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ
Исследование выполнено при финансовой
Настоящая статья не содержит каких-либо ис-
поддержке Российского научного фонда (проект
следований с участием людей или животных в ка-
№ 21-74-20053).
честве объектов исследований.
БИОФИЗИКА том 67
№ 3
2022
ХИТОЗАН КАК ФОТОПРОТЕКТОР
475
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
30.
И. И. Романовская, С. С. Декина, Р. И. Чаланова
и Е. П. Сотникова, Хим.-фармацевт. журн. 46 (3),
1.
А. И. Кисткин, Дис. … канд. мед. наук (ГОУВПО
37 (2012).
«Мордовский государственный университет»,
2009).
31.
A. Khalil, C. K. Saurabha, A. S. Adnan, et al., Carbo-
2.
Н. В. Алипов, Саратовский науч.-мед. журн. 11
hydr. Polym. 5, 216 (2016).
(3), 431 (2015).
32.
R. L. Kumar, A. K. Narayan, S. Dhivya, et al., Carbo-
3.
T. Bintsis, E. Litopoulou-Tzanetaki, and R. K. Robin-
hydr. Polym. 20, 172 (2016).
son, J. Sci. Food Agric. 80, 637 (2000).
33.
A. Sionkowska, Progr. Polym. Sci. 36, 1254 (2011).
4.
H. Mohr, U. Gravemann, A. Bayer, and T. H. Müller,
Transfusion 49, 1956 (2009).
34.
J. Ji, S. Hao, D. Wu, et al., Carbohydr. Polym. 85, 803
5.
T. Vij and Y. Prashar, Asian Pacific J. Trop. Dis. 5 (1),
(2011).
1 (2015).
35.
A. Dincer, S. Becerik, and T. Aydemir, Int. J. Biol.
6.
G. Aravind, B. Debjit, S. Duraivel, and G. Harish, J.
Macromol. 50, 815 (2012).
Med. Plants Studies 1 (1), 7 (2013).
36.
V. Zargar, M. Asghari, and M. Dashti, Chem. Bio.
7.
A. Manosroi, C. Chankhampan, K. Pattamapun,
Eng. 2, 204 (2015).
et al., Chiang Mai J. Sci. 41 (3), 635 (2014).
8.
S. A. Ajlia, F. A. Majid, A. Suvik, et al., Pak. J. Biol.
37.
A. Sionkowska, A. Planecka, K. Lewandowska, and
Sci. 13 (12), 596 (2010).
M. Michalska, J. Photochem. Photobiol. B: Biology
9.
K. M. Pratap, K. Nandakumar, P. Sambashivarao,
140, 301 (2014).
and P. S. Sandhya, Ind. J. Dent. Adv. 4, 668 (2013).
38.
D. Chelminiak-Dudkiewicz, M. Ziegler-Borowska,
10.
H. J. Klasen, Burns 26, 207 (2000).
M. Stolarska, et al., J. Photochem. Photobiol. B: Biol-
11.
B. Thallinger, E. N. Prasetyo, G. S. Nyanhongo, and
ogy 181, 1 (2018).
G. M. Guebitz, Biotechnology 8, 97 (2013).
12.
G. D. Mogosanu and A. M. Grumezescu, Int. J. Phar-
39.
D. L. Nettles, S. H. Elder, and J. A. Gilbert, Tissue
maceut. 463, 127 (2014).
Eng. 8 (6), 1009 (2002).
13.
I. Benucci, C. Lombardelli, K. Liburdi, et al., J. Food
40.
M. H. Struszczyk, Polymery 47, 396 (2002).
Sci. Technol. 23, 1 (2015).
41.
E. Marsano, E. Bianchi, S. Vicini, et al., Polymery 46,
14.
Y. C. Sim, S. G. Lee, D. C. Lee, et al., Biotechnol.
595 (2005).
Lett. 22, 137 (2000).
15.
M. Li, E. Su, P. You, et al., PLoS One 5 (12), e15168
42.
A. Sionkowska, J. Skopinska-Wisniewska, A. Planec-
(2010). DOI: 10.1371/journal.pone.0015168
ka, and J. Kozlowska, Polymer Degradation and Sta-
16.
C. A. S. O. Pinto, P. S. Lopes, F. D. Sarruf, et al.,
bility 95, 2486 (2010).
Braz. J. Pharmaceut. Sci. 47(4), 751 (2011).
43.
M. G. Holyavka, V. G. Artyukhov, S. M. Sazykina,
17.
K. Sangeetha and T. E. Abraham, J. Mol. Catalysis B:
and M. A. Nakvasina, Pharmaceut. Chem. J. 51 (8),
Enzymatic 38, 171 (2006).
702 (2017).
18.
F. Y. Li, Y. J. Xing, and X. Ding, Enzyme & Microb.
Technol. 40, 1692 (2007).
44.
В. Г. Артюхов, Т. А. Ковалева, М. А. Наквасина
19.
Y. Xue, H. Nie, L. Zhu, et al., Appl. Biochem. Bio-
и др., Биофизика (Академический проект, М.,
technol. 160, 109 (2010).
2009).
20.
A. A. Homaei, R. H. Sajedi, R. Sariri, et al., Amino
45.
K. Dose and S. Risi, Photochem. Photobiol. 15, 43
Acids 38, 937 (2010).
(1972).
21.
I. E. Moreno-Cortez, J. Romero-Garda, V. Gonzalez-
Gonzalez, et al., Mater. Sci. Engineer. C 52, 306
46.
M. Novinec and B. Lenardc, Biomol. Concepts 4, 287
(2015).
(2013).
22.
B. J. Xin, S. F. Si, and G. W. Xing, Chemistry - An
47.
T. Vernet, D. C. Tessier, J. Chatellier, et al., J. Biol.
Asian Journal 5, 1389 (2010).
Chem. 270, 16645 (1995).
23.
C. Muller, G. Perera, V. Konig, and A. Bernkop-
Schnurch, Eur. J. Pharmaceut. Biopharmaceut. 87,
48.
J. Fernandez-Lucas, D. Castaneda, D. Hormigo,
125 (2014).
Trends in Food Science & Technology 68, 91 (2017).
24.
A. Manosroi, C. Chankhampan, W. Manosroi, and
49.
J.F. Baugher, L.I. Grossweiner, Photochem. Photo-
J. Manosroi, Eur. J. Pharm. Sci. 48 (3), 474 (2013).
biol. 22, 163 (1975).
25.
A. Manosroi, C. Chankhampan, W. Manosroi, and
50.
M. Sharma, V. Sharma, A. K. Panda, et al., Pharma-
J. Manosroi, J. Biomed. Nanotechnol. 8 (5),
720
ceut. Soc. Japan 131 (5), 697 (2011).
(2012).
26.
Y. Y. Chen, Y. H. Lu, C. H. Ma, et al., Biomedicine &
51.
M. Sharma, V. Sharma, A. K. Panda, and D. K. Ma-
Pharmacotherapy 87, 82 (2017).
jumdar, Int. J. Nanomed. 6, 2097 (2011).
27.
M. Wang, C. Jia, W. Qi, et al., Bioresource Technol.
52.
A. Sionkowska, B. Kaczmarek, M. Gnatowska, and J.
102, 3541 (2011).
Kowalonek, J. Photochem. Photobiol. B: Biology 148,
28.
L. Zhou, C. Wang, Y. Jiang, and J. Gao, Chinese J.
333 (2015).
Chem. Engineer. 21, 670 (2013).
29.
B. Sahoo, S. K. Sahu, D. Bhattacharya, et al., Colloids
53.
A. P. P. Praxedes, A. J. C. da Silva, R. C. da Silva,
and Surfaces B: Biointerfaces 101, 280 (2013).
et al., J. Colloid Interface Sci. 376, 255 (2012).
БИОФИЗИКА том 67
№ 3
2022
476
ХОЛЯВКА и др.
Chitosan as Photoprotector for Papain Immobilized on Its Matrix
M.G. Holyavka*, **, S.M. Pankova*, ***, Yu.M. Vyshkvorkina****, A.N. Lukin*,
M.S. Kondratyev*****, and V.G. Artyukhov*
*Voronezh State University, Universitetskaya pl. 1, Voronezh, 394018 Russia
** Sevastopol State University, Russian Federation, Universitetskaya ul. 33, Sevastopol, 299053 Russia
*** Voronezh State Medical University named after N.N. Burdenko, Studencheskaya ul. 10, Voronezh, 394036 Russia
****Moscow Institute of Physics and Technology, Kerchenskaya ul. 1a/1, Moscow, 117303 Russia
*****Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences, Institutskaya ul. 3, Pushchino, Moscow Region, 142290 Russia
It has been demonstrated that exposure to 453-6040 J/m2 of UV radiation results in a decrease in the catalytic
activity of papain. Immobilization on chitosan matrix leads to the improved stability of papain molecules ir-
radiated with doses of UV light ranging from 151 to 6040 J/m2 compared to that of the free enzyme. Modifi-
cations in the IR spectra of immobilized papain practically do not affect the bands caused by the protein com-
ponent of the system: amide I, amide II, and amide III. Therefore, it is hypothesized that the chitosan matrix
acts as a photoprotector for papain immobilized on it. The results can help in developing approaches for the
use of UV radiation, papain and chitosan derivatives in combination to speed up the healing process of the
skin as well as in finding out the conditions for UV light sterilization of drugs containing papain.
Keywords: UV radiation, adsorption immobilization, papain, chitosan
БИОФИЗИКА том 67
№ 3
2022