基于超分子自组装技术构建纳米酶催化体系

【作者】 吕永琴； 温莉茵； 陈思佳； 谭天伟；

【机构】 北京市生物加工过程重点实验室生命科学与技术学院北京化工大学；

【摘要】 固定化酶的载体性质对于固定化酶的活性具有极为重要的作用。理想的固定化酶载体和方法应具有以下特点:（1）良好的通透性,可以为底物和产物提供快速的对流传质性能,从而提高酶的催化速率;（2）提高酶的固载量、稳定性、使用寿命和催化效率;（3）固定化酶载体可再生利用。鉴于此,本论文基于超分子自组装技术设计和构建了不同的纳米酶催化体系,实现了目标底物的快速高效催化。基于纳米材料的层层自组装技术设计合成了纳米金整体柱和金属有机框架材料整体柱,分别对脂肪酶和胰蛋白酶进行固定化,应用于催化酯交换反应和蛋白质组学分析。实验发现,由于整体柱材料具有良好的通透性,可以为底物和产物提供快速的对流传质性能,大大提高了催化速率。纳米材料大的比表面积增大了酶的固载量,从而提高了催化效率。因此只需43s的催化时间,纳米材料整体柱固载酶即可实现对目标底物的高效催化,其最大反应速率是自由酶的1000倍,是文献报道的共价键固载酶的269倍。同时,研究了固载酶反应器的使用寿命,研究表明连续催化1760个反应器体积后,固载酶的催化效率才开始下降,表明纳米材料整体柱固载酶良好的使用寿命。合成了基于Au@Fe₃O₄的可再生磁性纳米酶催化体系,通过纳米金与酶的可逆亲和作用,固定化胰蛋白酶,实现蛋白质组学分析。HPLC和MALDI-TOF-MS结果显示,对肌红蛋白、细胞色素C和牛血清白蛋白分别酶解15min后,其多肽片段序列覆盖率分别为93.8%、90.9%和54.1%。连续多次使用后,固载酶失活,利用硼氢化钠洗脱失活酶,重新键合新酶,纳米酶催化体系可再生利用。此外,利用超分子自组装技术合成了GOx/HRP双酶纳米体系和β-半乳糖苷酶纳米催化体系,并实现了酶的可控有序自组装,系统研究了酶的自组装方式和酶的空间排列和取向对酶反应动力学和反应机理的影响。更多还原