Buffers more than buffering agent: introducing a new class of stabilizers for the protein BSA

文献情報

出版日 2014-11-06
DOI 10.1039/C4CP04663C
インパクトファクター 3.676
著者

Bhupender S. Gupta, Mohamed Taha, Ming-Jer Lee


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要旨

In this study, we have analyzed the influence of four biological buffers on the thermal stability of bovine serum albumin (BSA) using dynamic light scattering (DLS). The investigated buffers include 4-(2-hydroxyethyl)piperazine-1-ethanesulfonic acid (HEPES), 4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazine-propanesulfonic acid (EPPS), 4-(2-hydroxyethyl)piperazine-1-ethanesulfonic acid sodium salt (HEPES–Na), and 4-morpholinepropanesulfonic acid sodium salt (MOPS–Na). These buffers behave as a potential stabilizer for the native structure of BSA against thermal denaturation. The stabilization tendency follows the order of MOPS–Na > HEPES–Na > HEPES ≫ EPPS. To obtain an insight into the role of hydration layers and peptide backbone in the stabilization of BSA by these buffers, we have also explored the phase transition of a thermoresponsive polymer, poly(N-isopropylacrylamide (PNIPAM)), a model compound for protein, in aqueous solutions of HEPES, EPPS, HEPES–Na, and MOPS–Na buffers at different concentrations. It was found that the lower critical solution temperatures (LCST) of PNIPAM in the aqueous buffer solutions substantially decrease with increase in buffer concentration. The mechanism of interactions between these buffers and protein BSA was probed by various techniques, including UV-visible, fluorescence, and FTIR. The results of this series of studies reveal that the interactions are mainly governed by the influence of the buffers on the hydration layers surrounding the protein. We have also explored the possible binding sites of BSA with these buffers using a molecular docking technique. Moreover, the activities of an industrially important enzyme α-chymotrypsin (α-CT) in 0.05 M, 0.5 M, and 1.0 M of HEPES, EPPS, HEPES–Na, and MOPS–Na buffer solutions were analyzed at pH = 8.0 and T = 25 °C. Interestingly, the activities of α-CT were found to be enhanced in the aqueous solutions of these investigated buffers. Based upon the Jones–Dole viscosity parameters, the kosmotropic or chaotropic behaviors of the investigated buffers at 25 °C have been examined.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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