细胞外纳米多酶催化与生物合成

发布时间：2020-04-30 16:13

【摘要】：相较于无机催化剂,酶能使化学反应活化能显著减少;酶对底物的选择十分专一;酶的生物属性,使催化反应在温和环境中即可进行。然而,在高温、强酸或强碱条件下游离酶结构会发生改变而失去活性,且不易被回收利用。固定化酶稳定性好,易分离,方便回收,节约成本,并适应严苛的反应条件。金属有机框架材料(MOFs)具有孔道结构规则,比表面积较大和富含金属位点等诸多特性,是一种优秀的酶固定化载体。本文利用MOFs材料对酶进行固载,不仅实现了酶的回收利用,而且使酶的稳定性和催化效率得以大幅提升。合成新型光催化剂与酶催化体系结合,实现NADH再生,并将CO2还原为甲醇,实现对CO2的有效利用。本文主要工作如下:(1)成功构建了磁性金属有机框架材料固定化酶载体。以磁性Fe304纳米微球为“核”,通过层层自组装技术,在其表面包覆了HKUST-1壳层,实现了对辣根过氧化物酶(HRP)和葡萄糖氧化酶(GOx)的共同固定化。通过调控酶的空间定位,获得三种纳米双酶体系。(2)系统研究了纳米双酶体系的催化条件和动力学。研究表明当pH=6,温度为20℃时酶活性最高。其中GOx固定在外层HKUST-1,HRP固定在内层HKUST-1的纳米系统被发现是最佳固载方式,显示出优越的动力学特性,米氏常数Km=0.8 mmol·L-1,最大反应速率Vmax=11.3 μmol·L-1·min-1。而 HRP 固定在外层 HKUST-1,GOx 固定在内层HKUST-1的纳米系统,连续10次回收利用后,仍能得到80.6%的底物转化率,拥有最佳的操作稳定性。(3)合成了光催化还原和酶催化相结合的纳米催化体系,成功实现了CO2的还原和NADH辅因子的再生。合成金属卟啉配合物,光照条件下,可实现NADH再生,将C02还原为甲酸,甲酸产量可达174 mmol·L-1·h-1。在该光催化体系中,引入乙醇脱氢酶和甲醛脱氢酶,建立光催化剂和生物催化剂复合体系,实现NADH再生以及将CO2还原为甲醇。
【图文】：

示意图,示意图,吸附法,固载

间的作用力差异。物理吸附固定化酶的载体需要具备高吸附能力且不溶于水。逡逑Ｚｅｚｚｉ邋ｄｏ邋Ｖａｌｌｅ邋Ｇｏｍｅｓ等［２］利用陆质介孔泡沫（ＭＣＦｓ）对甲醛脱氢酶（ＦａｌｄＤＨ）逡逑的物理吸附作用对其进行固载。如图１－２，其设计合成的ＭＣＦ邋２的酶载量高达逡逑７５０邋ｍｇｆ１，甲醛脱氢酶被由巯基修饰的ＭＣＦ邋２固定后，活性优于游离酶。离子逡逑吸附固定化酶的载体材料本身需带有离子交换基团且不溶于水，通过静电相互作逡逑用完成对酶的固载。Ｇｈｏｄｓｉ邋Ｊａｖａｄ等［３］在Ｆｅｓ0４纳米微球表面生长一层二氧化娃，逡逑将其用作血红蛋白的固定载体。其制备过程首先是采用简单的共沉积法制备磁性逡逑纳米颗粒，然后将二氧化硅包覆在其表面上，再通过静电作用固定血红蛋白酶。逡逑这种固载方式使血红蛋白酶固载量更高、更稳定。吸附法主要通过分子间相互作逡逑用对酶进行固载，这种作用很弱，酶会轻易掉落。但可用于吸附法固定化酶的载逡逑体材料更多、成本更低，而且吸附法固定化酶手段温和，对酶活的损害很小。此逡逑夕卜，吸附法固定化酶易回收，能重复。因此，吸附法的经济性使其更适用于酶的

示意图,包埋,示意图,光催化技术

催化剂概述逡逑催化反应是藤岛昭教授在１９６７年发现的。光催化，宏观上来讲，和自然逡逑合作用互逆。光催化技术依靠太阳能可以有效保证环境清洁。原理是光逡逑光催化剂能对污染物进行氧化或者还原，从而达到降解的目的。光催化技逡逑为“当今世界最理想的环境净化技术”。逡逑光催化技术本身存在一些缺陷限制着它的发展。如：光催化剂制备条件严逡逑受光腐蚀，回收困难，成本高，可利用的太阳能范围窄，反应^u始后难以逡逑光生电子空穴易复合等。总体来讲，为了光催化技术的大规模应用，首先逡逑决两个方面的问题：一是如何避免电子／空穴的重新结合。二是如何扩大逡逑剂对光能的利用范畴。逡逑导体材料光催化剂逡逑种金属氧化物或者硫化物半导体，均能用作光触媒。其中，，二氧化钛（Ｔｉ０２）逡逑
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TB383.1

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