微凝胶固定化酶反应器的可控制备及其多重响应的酶活性调控

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:storm_shen
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
酶是具有高催化活性和底物特异性的生物催化剂,在环境、工业、医学和生物传感领域应用广泛。但是,酶的活性在使用时容易受到外界环境(如极端p H、温度和有机溶剂)的影响,因此,酶催化的全部潜力尚未被充分开发。找到克服这些缺点的有效策略是酶催化领域主要问题。目前,提高酶性能最突出和最成功的研发策略是酶固定化(EI)。酶固定化的手段有很多,比如共价键连接、交联、包埋等,对比几种方法,包埋法对酶结构的破坏概率较低,且有效提高酶活性。刺激响应性高分子受外部环境(温度、光、电、p H、盐浓度、磁场等)刺激,导致物理化学性质或者结构能够做出相应变化,在传感器、军事、建筑、电子器件、医疗等领域有着较高的应用价值。利用化学或物理的方式将刺激响应高分子材料与生物酶结合制备成酶催化反应器,从而对酶活性进行可逆调控,这些酶催化反应器同时具备独特的刺激响应性和高效的催化活性,为智能型催化材料的发展和应用提供了基础。聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)材料是其中应用最多的热响应性高分子材料,当外界温度在低临界相转变温度(LCST)时材料会出现明显的相转变。但是PNIPAAm仅仅具备热响应,刺激响应性单一,限制了其使用范围。因此,作为固定化酶载体材料使用时,多重响应性材料更具实用前景。因此,本文合成温度/pH响应性的P(NIPAAm-co-Ac Ty-co-AAc)共聚物,利用其作为辣根过氧化物酶(HRP)酶固定化载体材料,在HRP/H2O2的催化交联下制备两种温度/p H响应性的微凝胶固定化酶反应器,并分别研究其催化行为及其多重响应的酶活性调控,具体研究工作如下:(1)以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)、丙烯酸(AAc)、酪醇基丙烯酸单体(AcTy)自由基聚合合成温度/p H响应性的P(NIPAAm-co-Ac Ty-co-AAc)共聚物,用其与酪胺(Tyr)改性的海藻酸钠(SA-Tyr)在Ca2+离子交联和HRP/H2O2酶催化交联下形成双交联的微凝胶固定化酶反应器,通过扫描电镜分析,发现此微凝胶固定化酶反应器内部具有双交联网络结构,为酶的固定化扩大了附着点。以橙黄Ⅱ和邻苯三酚为催化底物,分析该微凝胶固定化酶反应器在极性溶剂水相中和非极性有机相(甲苯)中的催化参数,发现微凝胶固定化酶反应器为辣根过氧化物酶(HRP)提供了水环境,使其不仅在水相中具有高活性,还解决水溶性酶无法用到有机溶剂反应中的问题,并在有机相中具备高催化率。且无论在水相中还是在有机相中都能重复多次使用,并具有较佳的热稳定性。且由于微凝胶反应器中含有温敏性NIPAAm链段与p H响应性AAc链段,此反应器的酶活性可被温度、p H的调控。对自由酶与固定化酶动力学分析,表明微凝胶固定化酶反应器对底物亲和力较高。(2)通过P(NIPAAm-co-Ac Ty-co-AAc)在水中自组装形成胶束,利用HRP/H2O2酶催化交联酪醇基团制备了交联胶束,并同时固定HRP。以芘为荧光探针测定了不同结构的P(NIPAAm-co-Ac Ty-co-AAc)聚合物形成的胶束的临界胶束浓度(CMC),结果表明亲水性单体(AAc)在聚合物中含量越多,越不易形成胶束,p H越低,越容易形成胶束。与未交联的胶束相比,通过HRP交联的胶束结构较稳定。以橙黄Ⅱ为催化底物模型,探索了固定化HRP用量、H2O2浓度、初始橙黄Ⅱ浓度和反应时间对交联胶束固定化酶的催化效果的影响,得到最佳催化条件:10mg固定化酶,0.4m M的H2O2,橙黄Ⅱ的初始浓度为0.05m M,反应时间为200min。同时探索温度、p H对胶束固定化酶的催化活性影响,表明胶束固定酶的活性较好。对自由HRP与胶束固定化酶进行动力学分析,结果表明酶交联胶束载体构建的微反应环境与酶分子具有良好的相容性,有利于辣根过氧化物酶的活性表达,因此胶束固定化酶具备较高的反应速率。
其他文献
随着现在社会工业的迅速发展,人们对能源的过度使用给环境带来许多负面的影响,例如温室效应,水体污染,核污染等。其中包括核能使用过后的核废料以及核事故所产生的放射性碘对人类健康和环境造成了严重的威胁。吸附作为去除碘的一种有效方式,它有操作方便,效率高,成本低等诸多优点。但在已报道的吸附剂中,其普遍吸附效率低,吸附时间长,不能很好的完成对碘的去除。MXene具有高比表面积,以及丰富的表面官能团,非常适合
梯度功能水凝胶是一类新型智能水凝胶,该类水凝胶在不同环境刺激下,可以智能反馈机械强度、形状、相分离等响应性变化,结构和性能在径向方向上连续或者准连续变化的非均质水凝胶,其智能响应行为也具有各向异性,在组织培养、环境工程、智能药物释放体系和机械系统等领域皆展现广泛的应用前景。本工作的主要目的是制备研究近红外光响应的纳米复合水凝胶及智能驱动性能和对其应用前景的探索。作为研究背景:二硫化钼具有良好的光热
桑葚富含酚类物质,具有多种生理活性,而酚类物质的组成和含量在品种之间具有显著差异。我国育种计划往往侧重于改良果实的商业品质(产量、大小、口感和抗病能力),对酚类物质关注较少。本文以十三种桑葚(一串红、琼46、果桑8632、月半果、粤葚28、粤葚74、大10、金墙63、云果1、黑珍珠、选果1、桂优12、山桑)为研究对象,测定其酚类物质组成和含量及抗氧化活性,并选用适宜桑葚品种为原料,基于高压射流磨系
化工园区中,储罐一般存储有大量的易燃易爆介质,如果超压或发生火灾,极易引发爆炸事故,爆炸产生的碎片会对罐区其它储罐形成撞击。一旦碎片导致罐壁穿透,罐内储存的液体发生泄漏会导致二次爆炸,从而引发多米诺事故,造成的后果不堪设想。因此,对爆炸碎片撞击下的储罐穿透行为进行数值模拟研究,以揭示不同碎片撞击条件下的储罐穿透特性及储罐的失效过程,为化工园区中储罐的失效和风险评估提供理论基础,本文主要研究内容和研
本文通过向四株红曲菌液态发酵培养基中添加黄酮类化合物探究了其对红曲菌液态发酵产多糖产值、结构及生理活性的影响,并优化了红曲胞外多糖液态发酵工艺条件。首先是黄酮化合物后对粗胞外多糖产量的影响,分别添加五种不同黄酮化合物,结果发现四株红曲菌的粗胞外多糖值与黄酮化合物类型有关,选取的五种黄酮,有的可以促进粗胞外多糖的产生,有的则会抑制,如对橙色红曲菌AS3.4384,槲皮素的添加使粗胞外多糖产量提高到2
红曲菌是一种能产生多种有益代谢产物的丝状真菌,但是真菌毒素桔霉素的产生限制了红曲菌在工业上的应用,国内外学者在就如何降低红曲菌产桔霉素方面做出了大量工作,本实验室也在前期的研究中发现添加外源物质(黄酮类化合物)对红曲菌产桔霉素有不同的降低效果,但是添加黄酮类化合物后产生的差异代谢物与桔霉素在合成通路上有何关联尚未可知,因此本文基于代谢组学的方法研究黄酮类化合物对红曲菌产桔霉素的影响及金雀异黄酮在红
番茄红素是一种不含氧的直链型碳氢化合物,属于类胡萝卜素的一种。由于其结构的高共轭度,番茄红素具有较强的抗氧化活性。对于人体而言,膳食补充番茄红素具有诸多益处,例如增强免疫力,预防和治疗心血管疾病、癌症等多种疾病的发生和发展等。在食品、医药等行业中具有广阔的市场前景。近年来,通过微生物发酵生产番茄红素获得了高度关注。其中,粗糙脉孢菌(Neurospora crassa)可通过甲羟戊酸途径(MVA)以
胶体金免疫层析方法(Gold nanoparticle based immunochromatographic assay,Au NP-ICA)是最常见的即时诊断(point-of-care,POC)方法之一。胶体金免疫层析法的分析性能通常取决于探针的生物活性。制备胶体金探针常用偶联方法包括物理吸附法以及碳二亚胺(EDC/NHS)共价结合法。然而,以上策略不是位点特异性的偶联,抗体在Au NPs表
胶质瘤是一种常见的恶性颅内肿瘤,危害性很大。化疗在胶质瘤的治疗中发挥着巨大的作用。替莫唑胺(TMZ)的研制与应用,为临床上治疗胶质瘤提供了新的解决方案,但是由于其耐药性会导致后续的治疗效率低。因此,我们需要寻找新的化疗药物来治疗胶质瘤。而天然物质由于毒副作用低等优势,备受关注。红曲菌发酵醇提物是一种包含多种组分的混合物,包含红曲色素,Monacolin K等,由于加入黄酮物质既可以在降低桔霉素含量
当今社会工业发展所需的能源及化学品的生产极度依赖化石资源,但是化石资源的不可再生性及使用过程带来的一系列环境问题带来严重的后果。因此,寻找化石资源替代品是迫切解决当前问题的关键。生物质资源广泛存在于自然界中,产量丰富,有良好的可再生性,被视为是替代化石资源最为理想的选择。在现代社会对能源和化学品的需求不断增长的趋势下,利用可再生生物质替代不可再生的化石资源生产高价值化学品具有重要意义。甘油作为一种