00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IQB - Instituto de Química e Biotecnologia Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IQB
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Tipo: Tese
Título: Development of electrochemical histamine biosensor for histamine using genetically engineered histamine dehydrogenase from Rhizobium SP with gold-binding peptide tag
Título(s) alternativo(s): Desenvolvimento de biossensor eletroquímico para histamina utilizando histamina desidrogenase rhizobium sp geneticamente modificada com peptídeo de afinidade ao ouro
Autor(es): Candido, Anna Caroline Lima
Primeiro Orientador: Galdino, Fabiane Caxico de Abreu
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Richter, Mark
metadata.dc.contributor.referee1: Santos, Diógenes Meneses dos
metadata.dc.contributor.referee2: Silva, Anielle Christine Almeida
metadata.dc.contributor.referee3: Machado, Sônia Salgueiro
Resumo: A histamina é uma amina biogênica essencial que atua como um neurotransmissor e foi descoberto que desempenha um papel fundamental em muitas doenças neurológicas e psiquiátricas. Sendo assim, existe uma demanda considerável pela determinação da histamina para análises do tipo point-of-care, visando ao diagnóstico e prevenção de doenças. Para tanto, avaliamos um par redox, de alto turnover (Kcat), envolvendo a enzima histamina desidrogenase de Rhizobium sp. 4-9 (HDR), que contém um mononucleotídeo de flavina ligado covalentemente e um centro de ferro-enxofre que transfere elétrons entre a flavina reduzida e os receptor externo de elétrons. Existe um interesse significativo na imobilização desta enzima para melhorar a estabilidade catalítica em superfícies condutoras em relação a aplicações de biossensor. Neste trabalho a enzima HDR foi geneticamente projetada para ter um peptídeo com alta afinidade ao ouro (cAuBP), no C ou N-terminal, para imobilização seletiva da enzima em superfícies de ouro e avaliar a atividade catalítica das proteínas após a fusão. A eficiência da transferência de elétrons de enzimas redox pode ser difícil na ausência de mediador, portanto o 1,1-ferrocenodimetanol foi escolhido para realizar todos os experimentos, porém na sua forma oxidada. A enzima exibe alta seletividade a histamina e sem inibição por substrato, mesmo com alto turnover (Kcat aparente> 127s-1) observadas usando um ferroceno solúvel, diferentemente da histamina desidrogenase de Nocardioides simplex. Experimentos de voltametria cíclica (CV) e amperometria foram realizados usando um sistema de três eletrodos com uma célula eletroquímica convencional equipada com Ag/AgCl como eletrodo de referência, um eletrodo de platina como contra-eletrodo e um eletrodo de disco de ouro, como eletrodo de trabalho. A possibilidade de transferência direta de elétrons (DET) entre a enzima e o eletrodo também foi avaliada e assim como mediada pelo derivado do ferroceno. Voltamogramas cíclicos e amperometria do ferroceno oxidado e HDR de Rhizobium sp. 4-9 foram registrados na presença e ausência de histamina, em tampão fosfato pH 7,4. Altas taxas de transferência de elétrons entre a histamina e um eletrodo de ouro foram observadas quando o ferroceno oxidado está em solução. Microscopia de força atômica (AFM) e ressonância plasmática de superfície (SPR) e localizada (LSPR) foram realizadas para avaliar a afinidade de ligação às superfícies de ouro. A especificidade, propriedades cinéticas, falta de inibição por substrato e estudos eletroquímicos indicam que HDR é adequada para uso em aplicações como biosensor.
Abstract: Histamine is an essential biogenic amine that acts as a neurotransmitter and has been found to play a key role in many neurological and psychiatric diseases. Thus, there exists a considerable demand for determining histamine for point-of-care analysis aimed to disease diagnosis and prevention. To this end, we have evaluated a high-turnover redox couple involving the enzyme histamine dehydrogenase from Rhizobium sp. 4-9 (HDR) which contains a covalently attached flavin mononucleotide and an iron-sulfur center that shuttles electrons between the reduced flavin and external electron acceptors. There is a significant interest in the immobilization of this enzyme to improve catalytic stability on conductive surfaces towards biosensing applications. Here we engineered HDR construct with a functional cyclic gold-binding peptide (cAuBP) tag, at the C and N terminus, to immobilize the enzyme onto gold surfaces and evaluate the catalytic activity of fusion proteins. The electron transfer efficiency of redox enzymes can be difficult in the absence of mediator, thus 1,1-ferrocenedimethanol was chosen to perform all the experiments, on its oxidized form. The enzyme exhibits high substrate selectivity without substrate inhibition even at high turnover rates (apparent Kcat>127s-1) observed using soluble ferricenium substrates, unlike the closely related histamine dehydrogenase from Nocardioides simplex (nsHDR). Cyclic voltammetry (CV) and Amperometry experiments were carried out using a three electrodes system with a conventional cell equipped with an Ag/ AgCl electrode as the reference electrode, a platinum electrode as the counter electrode, and gold disc electrode as the working electrode. The possibility of Direct Electron Transfer (DET) between the enzyme and electrode was evaluated and mediated by the ferrocene derivative as well. Cyclic voltammograms and Amperometry of oxidized ferrocene and HDR from Rhizobium sp. 4-9 were recorded in the presence and absence of histamine, in Phosphate Buffer pH 7.4. High rates of electron transfer between histamine and a gold electrode were observed when the oxidized ferrocene is in solution. Atomic force microscopy, Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) and Surface Plasmon Resonance (SPR) were performed to evaluate the binding affinity to gold surfaces. The specificity, kinetic properties, lack of substrate inhibition and electrochemical studies indicate the suitability of the HDR for use in biosensing applications.
Palavras-chave: Biossensor
Histamina
Peptídeo
Ouro
Biosensor
Histamine
Peptides
Gold
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::ELETROQUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química e Biotecnologia
Citação: Candido, Anna Caroline Lima. Development of electrochemical histamine biosensor for histamine using genetically engineered histamine dehydrogenase from Rhizobium SP with gold- binding peptide tag. 2022. 93 f. Tese (doutorado em Química e Biotecnologia) – Instituto de Química e Biotecnologia, Programa de Pós-Graduação em Química e Biotecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2021.
Tipo de Acesso: Acesso Embargado
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/8432
Data do documento: 23-ago-2021
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