Steps towards enzymatic sulfation of cellulose

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2020-06-15
Department
Major/Subject
Biosystems and Biomaterials Engineering
Mcode
CHEM3028
Degree programme
Master’s Programme in Life Science Technologies
Language
en
Pages
52 + 12
Series
Abstract
Cellulose is one of the most abundant polymers on earth and is an important source for raw materials. Sulfated cellulose has many potential applications, but presently the sulfation is done via a chemical route that involves many hazardous and toxic chemicals. Enzymatic sulfation would offer a more environmentally friendly and less dangerous option. This thesis aims to explore the steps towards enzymatic sulfation of cellulose through working up from the simplest building blocks of cellulose. The enzymes aryl sulfotranferase B (ASTB) from Desulfitobacterium hafniense and nodulation protein H (NodH) from Rhizobium meliloti were tested and investigated. Different substrates, such as N-acetylglucosamine, cellobiose, xylose, starch, arabinose, cellulose nanocrystals (CNC) and carboxymethyl cellulose (CMC) were tested. The proteins were expressed in Escherichia coli BL21 (DE3), grown in Terrific Broth and purified with FPLC, and their activity was tested on the different substrates by measuring the OD405. p-nitrophenylsulfate (pNPS) acted as a sulfuryl donor in the process, the release of p-nitrophenyl also caused a colour reaction which was needed to follow the process. The experiments showed that ASTB successfully sulfates simpler saccharides such as glucosamine, N-acetylglucosamine, cellobiose and xylose. At the moment, ASTB is not suitable for sulfation of cellulose. It was not possible to do any further experiments with NodH because the purification was unsuccessful.

Cellulosa är en av det vanligaste polymererna på vår planet och är en viktig källa för råmaterial. Sulfonerad cellulosa har flera potentiella användningsområden, men för tillfället används en giftig och farlig process för att uppnå detta. Enzymatisk sulfonering skulle erbjuda ett miljövänligare och mindre farligt alternativ. Det här diplomarbetes mål är att utforska stegen mot en enzymatisk sulfonering av cellulosa genom att arbeta sig upp från det allra enklaste byggstenarna för cellulosa. Enzymerna arylsulfotransferas B (ASTB) från Desulfitobacterium hafniense och nodulationsprotein H (NodH) från Rhizobium meliloti testades och undersöktes. Olika substrat så som N-acetylglukosamin, cellobios, xylos, stärkelse, arabinos, cellulosa nanokristaller (CNC) och karboxylmetylcellulosa (CMC) provades. Proteinerna odlades och renades med FPLC och deras aktivitet på de olika substraten testades genom att mäta OD405. Som sulfuryl donator användes p-nitrofenylsulfat (pNPS). Färgreaktionen som orsakades av utlösandet av pNP användes för att följa processen. Experimenten visade att ASTB klarar av att sulfonera enklare sackarider som till exempel glukosamin, N-acetylglukosamin, cellobios, och xylos. För tillfället lämpar sig ASTB inte till sulfonering av cellulosa. Det var inte möjligt att genomföra vidare experiment med NodH eftersom reningen misslyckades.
Description
Supervisor
Frey, Alexander
Thesis advisor
Usvalampi, Anne
Sixta, Herbert
Keywords
cellulose, aryl sulfotransferase B, nodulation protein H, enzymatic modifictaion
Other note
Citation