谷胱甘肽过氧化物纳米酶模型的构建

论文摘要

谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）最早发现的含硒酶,其重要的抗氧化作用引起人们极大的关注。为了获得高效稳定的GPx模拟物,科学家付出了巨大努力。而如何简捷方便地构建一个具有高催化活性、专一底物结合能力和良好水溶性的GPx模拟酶是我们的目标。而实现这一目标的关键是,在充分考虑底物结合的同时,如何实现催化中心和结合位点在酶模型中空间位置的匹配,以及如何实现对模拟物的催化活性进行调控。纳米科学和超分子科学的发展,给我们搭建了一个很好的平台,使得设计催化中心与结合位点空间匹配以及设计活性可调控的酶模拟物得以实现。本文基于天然酶GPx催化中心的结构及对催化机制的理解,开展了对GPx模拟物的分子设计工作:I.小分子胶束硒酶模型分子设计:设计合成了以苯硒酸作为催化中心的胶束酶模型。选用表面活性剂CTAB作为构筑单元,在水溶液中自组装成胶束,由于胶束为催化反应提供了有利的微环境,使得该酶模型展现出较高的催化活性和底物专一性。实验结果表明,胶束是一个理想的构建GPx模拟物的骨架。II.聚合胶束硒酶模型分子设计:为进一步提高上述胶束酶模型的稳定性,进而对其酶学性质进行研究,我们设计合成了一端带有双键的表面活性剂分子,通过聚合,构建了聚合胶束酶模拟物。此酶模型保持了原有小分子胶束模拟物的酶学性质,而且催化活性也有了进一步提高。对其催化中心和结合位点在空间的匹配对于酶活性的影响进行了研究,结果表明,当催化中心位于其胶束表面时,人工酶展现出最大的催化效率。III.表面印迹纳米硒酶模型的构建:为使催化中心和结合位点更好地在空间上匹配,我们利用分子印迹的方法,构建了表面印迹聚苯乙烯纳米粒子酶模型,该模型展现了较高的催化活性和底物专一性,实验进一步证实:催化中心和结合位点在空间上更好的匹配对提高酶活性起着重要作用。IV.智能硒酶模型的构建:为实现对酶活性的调控,选用具有温度响应的N-异丙基丙烯酰胺为构筑基元,合成了具有温度响应的水凝胶纳米酶模型。实验表明温度的改变使水凝胶内部三维结构的大小和疏水性改变,对酶活性的调控起到重要作用。

论文目录

• 提要
• 英文缩写词表
• 第一章 前言
• 1.1 人工酶研究进展
• 1.1.1 化学酶模型
• 1.1.1.1 环糊精酶模型
• 1.1.1.2 环番酶模型
• 1.1.1.3 杯芳烃酶模型
• 1.1.1.4 树枝状分子酶模型
• 1.1.1.5 超分子酶模型
• 1.1.1.6 纳米酶模型
• 1.1.1.7 分子印迹酶模型
• 1.1.2 生物酶模型
• 1.1.2.1 抗体酶
• 1.1.2.2 进化酶
• 1.2 谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）
• 1.2.1 GPx 的生物学作用
• 1.2.2 GPx 的结构
• 1.2.2.1 牛cGPx 的二级结构
• 1.2.2.2 牛cGPx 活性中心的结构
• 1.2.2.3 人pGPx 的活性中心结构
• 1.2.3 GPx 的催化机制
• 1.2.4 GPx 的人工模拟
• 1.2.4.1 化学合成法
• 1.2.4.2 半合成法
• 1.2.4.3 分子印迹
• 1.2.4.4 抗体-抗原技术
• 1.2.4.5 基因工程法
• 1.3 本论文立论依据
• 参考文献
• 第二章 小分子胶束硒酶模型的构建
• 2.1 序言
• 2.2 小分子胶束硒酶模型的制备
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 实验方法
• 2H）的合成'>2.2.3.1 苯硒酸（PhSeO₂H）的合成
• 2.2.3.2 3-羧基-4-硝基苯硫酚（TNB）的合成
• 2.2.3.3 小分子胶束硒酶模型的制备
• 2.2.3.4 GPx 活性测试体系
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 小分子胶束硒酶模型的表征
• 2.3.1.1 胶束酶模型紫外表征
• 2.3.1.2 胶束酶模型荧光表征
• 2.3.1.3 胶束酶模型核磁表征
• 2.3.2 小分子胶束酶模型催化活性
• 2.3.2.1 检测体系
• 2.3.2.2 胶束酶模型在两个测试体系中的GPx 活力
• 2.3.3 催化活性的讨论
• 2.3.3.1 底物结合对催化活性的影响
• 2.3.3.2 表面活性剂CTAB 和催化中心的量对催化活性的影响
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 聚合物胶束硒酶模型的构建
• 3.1 序言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 聚合物胶束酶模型的合成
• 3.2.3.1 表面活性剂11-烯丙基酯十一烷基三乙基溴化铵（AUTEAB）的合成
• 3.2.3.2 催化中心2（3-羟基丙基碲醚烯丙基酯）的合成
• 3.2.3.3 催化中心3（烯丙基丙基碲醚）的合成
• 3.2.3.4 催化中心4（11-烯酸丙酯基3-羟基丙基碲醚）的合成
• 3.2.3.5 聚合物胶束酶的合成
• 3.2.4 催化活性的检测
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 聚合物胶束的表征
• 3.3.2 聚合物胶束硒酶模型的催化活性
• 3.3.3 催化中心和结合位点的关系
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 表面印迹纳米硒酶模型的构建
• 4.1 序言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 酶模拟物的合成
• 4.2.3.1 催化中心化合物2 的合成
• 4.2.3.2 化合物1 的合成
• 4.2.3.3 聚苯乙烯纳米粒子酶模型的合成
• 4.2.3.4 酶模型的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 酶模型的设计与合成
• 4.3.2 催化活性
• 4.3.3 最优的酶模型结构
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 温度响应的智能硒酶模型的构建
• 5.1 序言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 实验仪器
• 5.2.3 水凝胶酶模拟物的合成
• 5.2.3.1 催化中心化合物1 的合成
• 5.2.3.2 水凝胶纳米粒子酶模型的合成
• 5.2.3.3 催化活性的检测
• 5.2.3.4 酶模型的表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 酶模型的设计
• 5.3.2 催化活性
• 5.3.3 温度响应的水凝胶酶模拟物酶学性质
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 结论
• 作者简历
• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT