酶@无机物复合纳米花的制备及催化合成精细化学品的研究
发布时间：2022-02-09 04:45
精细化学品是具有特定功能且使用性较高的一类化学物质,在食品、药物、催化剂等领域应用广泛,但传统的化学合成多难符合可持续发展的要求。而选用酶催化剂的生物催化,不仅反应条件温和,而且专一性强以及绿色高效。然而游离酶在实际应用中存在环境耐受性差和难以重复利用等缺点,但固定化是改善此类性能最有效的方法。由于酶的种类不同,不同的固定化方式对酶的负载率及活性等方面会有不同影响,因此选择适于该酶的固定化方法十分重要。本文主要是基于生物矿化原理,将酶蛋白与磷酸盐共沉淀及结晶以制得固定化酶,增强其催化性能和稳定性,并将其应用于催化合成精细化学品（1,3-二油酸-2-棕榈酸甘油酯和5’-氟脱氧腺苷）,进一步拓展生物催化方法的应用范围。1,3-二油基-2-棕榈酰甘油酯（OPO）属于三酰基甘油酯,是母乳脂肪的重要组成成分之一,是婴幼儿配方奶粉中常用的重要添加剂之一。在这项工作中,选用毕赤酵母菌株GS115表达TLL脂肪酶,在生物矿化作用下经过共沉淀固定脂肪酶,合成TLL@羟基磷灰石纳米花（TLL@Ca P,TLL@HAp-NFs）。在40°C水浴放置5小时后,TLL@Ca P可以保证酶活性几乎没有损失,而游离...
【文章来源】：杭州师范大学浙江省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
酶的固定方法[17]
杭州师范大学硕士学位论文第一章绪论6图1-2有机-无机杂化纳米复合材料结构及其生物医学应用[35]重金属的危害已对人类健康和环境造成潜在危害[43]，引起了全世界的广泛关注。绿色理念是发展化学的根本，自然界中一半以上的生物矿物质是含钙的矿物质，包括骨骼[44]。因此，Ca2+用来固定酶是更具有生物相容性的[45]。Amjad[40]及其合作者研究了蛋白酶-无机杂化纳米复合材料（alcalase@CaHPO4），提高了大豆分离蛋白酶的稳定性和水解能力，并且复合材料的水解能力是游离酶的1.5倍。Zhang等人[46]研究了一种新型固定化脂肪酶ZC12/Ca3(PO4)2杂化纳米花，该纳米花的kcat/Km值是游离的2.31倍酶活性，而且在较低的温度下比活性更高。Tian[47]等人制备了CaHPO4-PGUS1杂化纳米复合材料，在最佳条件下，1.2mg的CaHPO4-PGUS1混合纳米沉淀的固定化效率为71.2%，并具有118%的相对活性。通过上述方法合成的纳米复合材料具有良好的活性和稳定性，又由于Ca2+具有很大的生物相容性，在食品工业和生物技术中有很大的应用前景。1.2.3生物矿化型固定化酶方法的研究如今，仿生矿化已被开发为制备仿生材料[48,49]的便捷方法。实际上，生物矿化的主要过程是在有机体的精确控制下，选择性地将无机元素沉积在特定的有机大分子上，并将溶液中的离子转化为固相矿物[44]。其广泛存在于如骨骼，牙齿和贝壳等生物组织中[50]。在此过程中，酶可以作为生物大分子参与体内磷酸钙形成，并通过降低矿物质的溶解度，对矿化过程产生巨大影响[51]。生物矿化是生物体生产具有特殊功能的分层矿物质的重要手段，其主要研究重点是有机基质对无机矿
杭州师范大学硕士学位论文第一章绪论7物质的影响[52]。磷灰石和蛋白质的自组装是诱导脊椎动物骨骼和牙齿形成的关键过程[48]。蛋白质-矿物质的相互作用，会影响形成的矿物质的性质[53]。采用共沉淀法制备了蛋白质-无机杂化纳米复合材料，通常包括四个过程:配位、共沉淀、自组装和尺寸生长[35]。（图1-3所示）蛋白质(多肽或氨基酸)的胺基团与金属离子(II)（Cu2+、Ca2+、Mn2+、Zn2+、Co2+）通过配位反应相互作用，成为形成金属(II)磷酸盐初级纳米颗粒的成核位点。与此同时，蛋白质作为一种封盖剂，帮助这些颗粒保持纳米花的板状形态。在合成过程中优化合成条件，包括合成时间、温度、pH值和各组分等的浓度，以获得理想的纳米尺寸。图1-3有机(蛋白/肽/氨基酸)-无机杂化纳米花的形成机理[35]氟化物会影响磷酸钙的生物矿化作用，氟离子掺杂在仿生无定形磷酸钙（amorphouscalciumphosphate，ACP）中时，所获得的材料具有更高的再矿化性能。Mayumi等人[54]证实了低剂量的磷酸钙溶液中的氟化物（0-2ppm）可以抑制磷酸八钙（OCP）的形成并诱导羟基磷灰石（HAp）的生长。该生物矿化常用于牙釉质的重建中，并且可以利用牙釉蛋白通过改良的仿生沉积方法，对蚀刻后的牙釉质表面进行矿化，以形成包含有组织的针状氟化羟基磷灰石晶体的矿物层[55]。使用乙二胺四乙酸二钠盐二水合物（EDTA）作为介体，在生理条件（pH6.0，37℃）的条件下，在人的牙釉质表面上构建了氟化物取代的羟基磷灰石（FHAp）微晶的有序釉质状结构[56]。从上述实验，将氟化物掺入矿物中，离子会通过降低矿物的溶解度，从而调节矿物周围流体中的离子组成，并增强基质蛋白质与矿物的相互作用，从而影响后续的矿化过程，将该方法应用在酶的固定化中，可能会起到不同的效果
【参考文献】：
期刊论文
[1]吸附材料等精细化学品制备开发——评《精细化学品化学》[J]. 谷雪贤. 分析化学. 2019(11)
[2]固定化脂肪酶的载体材料[J]. 孟策,戴小敏,刘袖洞. 辽宁化工. 2018(12)
[3]疏绵状嗜热丝孢菌脂肪酶在毕赤酵母中的高效表达和性质鉴定[J]. 蔡海莺,张婷,Dumba Trish,赵敏洁,李杨,童志超,毛建卫,张辉,冯凤琴. 中国食品学报. 2018(06)
[4]脂肪酶协同催化猪油合成生物柴油工艺研究[J]. 黄瑛,高欢,郑海,闫云君. 中国生物工程杂志. 2008(01)
本文编号：3616394
【文章来源】：杭州师范大学浙江省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
酶的固定方法[17]
杭州师范大学硕士学位论文第一章绪论6图1-2有机-无机杂化纳米复合材料结构及其生物医学应用[35]重金属的危害已对人类健康和环境造成潜在危害[43]，引起了全世界的广泛关注。绿色理念是发展化学的根本，自然界中一半以上的生物矿物质是含钙的矿物质，包括骨骼[44]。因此，Ca2+用来固定酶是更具有生物相容性的[45]。Amjad[40]及其合作者研究了蛋白酶-无机杂化纳米复合材料（alcalase@CaHPO4），提高了大豆分离蛋白酶的稳定性和水解能力，并且复合材料的水解能力是游离酶的1.5倍。Zhang等人[46]研究了一种新型固定化脂肪酶ZC12/Ca3(PO4)2杂化纳米花，该纳米花的kcat/Km值是游离的2.31倍酶活性，而且在较低的温度下比活性更高。Tian[47]等人制备了CaHPO4-PGUS1杂化纳米复合材料，在最佳条件下，1.2mg的CaHPO4-PGUS1混合纳米沉淀的固定化效率为71.2%，并具有118%的相对活性。通过上述方法合成的纳米复合材料具有良好的活性和稳定性，又由于Ca2+具有很大的生物相容性，在食品工业和生物技术中有很大的应用前景。1.2.3生物矿化型固定化酶方法的研究如今，仿生矿化已被开发为制备仿生材料[48,49]的便捷方法。实际上，生物矿化的主要过程是在有机体的精确控制下，选择性地将无机元素沉积在特定的有机大分子上，并将溶液中的离子转化为固相矿物[44]。其广泛存在于如骨骼，牙齿和贝壳等生物组织中[50]。在此过程中，酶可以作为生物大分子参与体内磷酸钙形成，并通过降低矿物质的溶解度，对矿化过程产生巨大影响[51]。生物矿化是生物体生产具有特殊功能的分层矿物质的重要手段，其主要研究重点是有机基质对无机矿
杭州师范大学硕士学位论文第一章绪论7物质的影响[52]。磷灰石和蛋白质的自组装是诱导脊椎动物骨骼和牙齿形成的关键过程[48]。蛋白质-矿物质的相互作用，会影响形成的矿物质的性质[53]。采用共沉淀法制备了蛋白质-无机杂化纳米复合材料，通常包括四个过程:配位、共沉淀、自组装和尺寸生长[35]。（图1-3所示）蛋白质(多肽或氨基酸)的胺基团与金属离子(II)（Cu2+、Ca2+、Mn2+、Zn2+、Co2+）通过配位反应相互作用，成为形成金属(II)磷酸盐初级纳米颗粒的成核位点。与此同时，蛋白质作为一种封盖剂，帮助这些颗粒保持纳米花的板状形态。在合成过程中优化合成条件，包括合成时间、温度、pH值和各组分等的浓度，以获得理想的纳米尺寸。图1-3有机(蛋白/肽/氨基酸)-无机杂化纳米花的形成机理[35]氟化物会影响磷酸钙的生物矿化作用，氟离子掺杂在仿生无定形磷酸钙（amorphouscalciumphosphate，ACP）中时，所获得的材料具有更高的再矿化性能。Mayumi等人[54]证实了低剂量的磷酸钙溶液中的氟化物（0-2ppm）可以抑制磷酸八钙（OCP）的形成并诱导羟基磷灰石（HAp）的生长。该生物矿化常用于牙釉质的重建中，并且可以利用牙釉蛋白通过改良的仿生沉积方法，对蚀刻后的牙釉质表面进行矿化，以形成包含有组织的针状氟化羟基磷灰石晶体的矿物层[55]。使用乙二胺四乙酸二钠盐二水合物（EDTA）作为介体，在生理条件（pH6.0，37℃）的条件下，在人的牙釉质表面上构建了氟化物取代的羟基磷灰石（FHAp）微晶的有序釉质状结构[56]。从上述实验，将氟化物掺入矿物中，离子会通过降低矿物的溶解度，从而调节矿物周围流体中的离子组成，并增强基质蛋白质与矿物的相互作用，从而影响后续的矿化过程，将该方法应用在酶的固定化中，可能会起到不同的效果
【参考文献】：
期刊论文
[1]吸附材料等精细化学品制备开发——评《精细化学品化学》[J]. 谷雪贤. 分析化学. 2019(11)
[2]固定化脂肪酶的载体材料[J]. 孟策,戴小敏,刘袖洞. 辽宁化工. 2018(12)
[3]疏绵状嗜热丝孢菌脂肪酶在毕赤酵母中的高效表达和性质鉴定[J]. 蔡海莺,张婷,Dumba Trish,赵敏洁,李杨,童志超,毛建卫,张辉,冯凤琴. 中国食品学报. 2018(06)
[4]脂肪酶协同催化猪油合成生物柴油工艺研究[J]. 黄瑛,高欢,郑海,闫云君. 中国生物工程杂志. 2008(01)
本文编号：3616394
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