仿生固定化酶制备及其催化特性研究

论文摘要

载体理性设计和制备是固定化酶领域的研究热点和前沿。本文借鉴酶在生物体中的存在形式,模仿细胞的多层结构,通过成分仿生、功能仿生和过程仿生设计和制备了核壳结构微囊,用于包埋β-D-葡萄糖醛酸苷酶（GUS）,催化天然成分黄芩苷的高值转化。通过系统考察微囊液核、壳膜和杂化壳壁的结构和制备条件对GUS活力和稳定性的影响,尝试提出仿生固定化酶载体的制备原则。首先,模仿细胞液的成分和功能选用三种具有不同电性的多糖（羧甲基纤维素钠、甲基纤维素和羧甲基壳聚糖钠）作为仿生微囊的液核,经比较可知,与酶分子具有静电排斥作用的多糖更有利于酶构象、活力的维持和酶稳定性的提高;然后,模仿细胞膜的结构和功能构建仿生微囊的壳膜。在适宜的制备条件下,多孔的海藻酸钙壳膜可在保证底物和产物自由扩散的同时,有效防止酶的泄漏;模仿硅藻细胞壁的形成过程和功能,首次利用精蛋白调控微囊表面的仿生硅化,形成规整的精蛋白/氧化硅杂化壳壁,完全抑制了微囊的溶胀,有效提高了微囊的重复使用稳定性。此外,还首次研究了精蛋白在仿生硅化过程中的催化作用和模板作用,并对仿生硅化的机理进行了初步探讨。最终确定以羧甲基纤维素钠为仿生微囊的液核,制备出具有海藻酸/精蛋白壳膜和精蛋白/氧化硅杂化壳壁的微囊（APSi微囊）,并用于包埋GUS,催化黄芩苷转化为黄芩素。其中羧甲基纤维素钠液核能够模仿GUS在生物体中的负电环境,提高GUS的活力和稳定性,尤其是在酸性条件下的pH稳定性和储存稳定性;海藻酸/精蛋白壳膜和精蛋白/氧化硅壳壁可实现GUS的高效包埋,防止GUS泄漏,同时提高了固定化GUS在碱性条件下的pH稳定性和重复使用稳定性。GUS在APSi微囊中的包埋率为69%,酶活力表现率为125%;在极端pH条件下,固定化GUS仍能维持85%以上的相对酶活力;储存26天后固定化GUS的相对酶活力仍高于90%;重复使用10次,固定化GUS的酶活力仍无明显下降;在37℃和pH7.0的条件下利用APSi微囊固定化的GUS水解黄芩苷,所得黄芩素的产率高达73%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 传统固定化酶载体
• 1.1.1 有机高分子载体
• 1.1.2 有机/无机杂化载体
• 1.2 仿生固定化酶载体
• 1.2.1 仿生细胞
• 1.2.2 仿生硅化
• 1.3 黄芩苷的酶法转化
• 1.3.1 黄芩苷转化为黄芩素的意义
• 1.3.2 黄芩苷转化为黄芩素的各种方法
• 1.3.3 黄芩苷酶法转化存在的问题
• 1.4 本论文的选题和设计思路
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 第二章 仿生固定化酶微囊多糖液核的研究
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 仪器
• 2.2.3 实验方法
• 2.3 结果讨论
• 2.3.1 多糖对GUS 活力的影响
• 2.3.2 多糖对GUS 热稳定性的影响
• 2.3.3 多糖对GUS pH 稳定性的影响
• 2.3.4 多糖对GUS 储存稳定性的影响
• 2.4 小结
• 第三章 仿生固定化酶微囊海藻酸钙壳膜的研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 试剂
• 3.2.2 仪器
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 结果讨论
• 3.3.1 壳膜的形成过程和壳膜的结构
• 3.3.2 壳膜制备条件的选择
• 2+对GUS 活力的影响'>3.3.3 Ca²⁺对GUS 活力的影响
• 3.3.4 固定化GUS 的催化性能
• 3.4 小结
• 第四章 仿生固定化酶微囊杂化壳壁的研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 试剂
• 4.2.2 仪器
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果讨论
• 4.3.1 微囊杂化壳壁的设计思路
• 4.3.2 微囊杂化壳壁的结构
• 4.3.3 APSi 微囊的多层结构
• 4.3.4 杂化壳壁制备条件的选择
• 4.3.5 固定化GUS 的催化性能
• 4.4 小结
• 第五章 仿生硅化机理的研究
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 仪器
• 5.2.2 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 有机质在仿生硅化过程中的催化作用
• 5.3.2 有机质在仿生硅化过程中的模板作用
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 微囊型固定化酶载体的制备原则
• 6.3 主要创新点
• 6.4 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢