基于金属有机框架实现生物酶的固定化及其应用评价

发布时间：2022-08-09 18:17

　　酶是一种重要的生物催化剂,它是由生物体产生的具有高效和专一催化功能的蛋白质或RNA,在精细化工和制药工业等领域展现出较高的应用价值和潜力。生物酶催化的优点包括表现在底物的专一性、反应的高效性以及反应条件的温和性,符合绿色化学产业升级的发展趋势。然而,由于其化学本质,生物酶具有明显的缺点,包括酶稳定性差、难回收（溶于水）、需要价格昂贵的辅酶因子等。酶的固定化技术可以克服上述缺点,目前用于酶固定化的材料大致可以分为三类:无机载体、高分子载体以及复合载体。金属-有机框架（MOFs）是一种典型的复合材料,它是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。近年来,金属有机框架作为一种新材料,广泛应用于酶蛋白分子的固定。酶-MOFs复合材料按制备方法主要分为:共价连接法、表面附着法、孔隙吸附封装法和共沉淀法。腈水合酶是微生物降解腈类物质代谢途径中的关键酶,催化腈类化合物（-CN）生成酰胺化合物（-CONH₂）,作为一类重要的工业酶催化剂已成功应用于丙烯酰胺、烟酰胺和5-氰基戊酰胺等大宗化学品的规模生产。烟酰胺属于B族维生素（V_b... 

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 生物催化
        1.1.1 酶概述
        1.1.2 酶催化在有机合成中的应用
    1.2 酶的固定化
        1.2.1 酶固定化的概述
        1.2.2 酶固定化的方法
    1.3 金属有机框架固定酶
        1.3.1 金属有机框架材料
        1.3.2 金属有机框架固定酶的方法
    1.4 腈水合酶与烟酰胺
        1.4.1 腈水合酶简介
        1.4.2 烟酰胺的应用
    1.5 课题研究思路和研究内容
        1.5.1 课题研究意义
        1.5.2 课题研究思路
        1.5.3 课题研究内容
2 金属框架材料ZIF-67的制备及结构表征
    2.1 前言
    2.2 实验材料
        2.2.1 实验仪器
        2.2.2 实验试剂
    2.3 实验方法
        2.3.1 试剂配制
        2.3.2 钴离子与2-甲基咪唑摩尔比研究
        2.3.3 培养温度对ZIF-67纳米材料合成的影响
        2.3.4 ZIF-67纳米材料的制备
        2.3.5 ZIF-67纳米材料酸碱稳定性研究
        2.3.6 ZIF-67纳米材料结构稳定性研究
        2.3.7 ZIF-67纳米材料结构表征
    2.4 结果与分析
        2.4.1 钴离子与2-甲基咪唑摩尔比研究
        2.4.2 培养温度对ZIF-67纳米材料合成的影响
        2.4.3 ZIF-67 纳米材料的TEM表征
        2.4.4 ZIF-67 纳米的热重分析(TGA)
        2.4.5 ZIF-67纳米材料的氮气吸脱附分析表征
        2.4.6 ZIF-67 纳米材料的红外分析(FT-IR)
        2.4.7 ZIF-67的酸碱稳定性
        2.4.8 金属有机框架材料ZIF-67结构稳定性
    2.5 小结
3 腈水合酶@ZIF-67复合催化剂的制备和结构表征
    3.1 前言
    3.2 材料与方法
        3.2.1 菌种和质粒
        3.2.2 实验试剂
        3.2.3 实验仪器
    3.3 实验方法
        3.3.1 培养基配置
        3.3.2 实验试剂配置
        3.3.3 菌体的收集与细胞破碎
        3.3.4 重组NHase1229的诱导表达
        3.3.5 腈水合酶的纯化
        3.3.6 腈水合酶电泳样品的制备
        3.3.7 蛋白质浓度的测定
        3.3.8 2-甲基咪唑和钴离子浓度对腈水合酶活力的影响
        3.3.9 酶浓度对腈水合酶@ZIF-67复合催化剂制备的影响
        3.3.10 腈水合酶@ZIF-67复合催化剂的制备
        3.3.11 腈水合酶@ZIF-67复合催化剂活力的测定
        3.3.12 腈水合酶@ZIF-67复合催化剂表征
    3.4 结果与分析
        3.4.1 重组腈水合酶的诱导表达和纯化
        3.4.2 2-甲基咪唑和钴离子浓度对腈水合酶活力的影响
        3.4.3 酶蛋白浓度对腈水合酶@ZIF-67复合催化剂制备的影响
        3.4.4 腈水合酶@ZIF-67复合催化剂的表征
    3.5 小结
4 腈水合酶@ZIF-67复合催化剂的应用评价
    4.1 前言
    4.2 材料与仪器
        4.2.1 主要的质粒与载体
        4.2.2 主要的实验试剂
        4.2.3 主要的实验器材
    4.3 实验方法
        4.3.1 培养基配置
        4.3.2 试剂配置
        4.3.3 菌体的收集与细胞破碎
        4.3.4 腈水合酶的纯化
        4.3.5 腈水合酶电泳样品的制备
        4.3.6 蛋白质浓度的测定
        4.3.7 NHase1229@ZIF-67 复合催化剂的制备
        4.3.8 NHase1229@ZIF-67 复合催化剂活力的测定
        4.3.9 薄层色谱分析法
        4.3.10 NHase1229@ZIF-67 催化剂的酶学性质表征
        4.3.11 NHase1229@ZIF-67 催化剂动力学参数测定
        4.3.12 底物浓度对NHase1229@ZIF-67 催化剂活力的影响
        4.3.13 NHase1229@ZIF-67 催化剂重复利用的测定
        4.3.14 分批补料方式制备烟酰胺
    4.4 结果与分析
        4.4.1 NHase1229@ZIF-67 复合催化剂的最适反应温度
        4.4.2 NHase1229@ZIF-67 复合催化剂的最适反应p H
        4.4.3 NHase1229@ZIF-67 复合催化剂的热稳定性
        4.4.4 NHase1229@ZIF-67 复合催化剂动力学参数
        4.4.5 NHase1229@ZIF-67 复合催化剂的重复利用
        4.4.6 底物浓度对催化反应的影响
        4.4.7 NHase1229@ZIF-67 复合催化剂分批补料结果
    4.5 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
附录 NHase1229基因序列
作者简介
专利(申请中)
攻读硕士学位期间主要科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Preparation and Characterization of Poly（vinyl alcohol）/ZIF-8 Porous Composites by Ice-templating Method with High ZIF-8 Loading Amount[J]. Xuan-He Yang,Yan-Qing Yao,Mu-Hua Huang,Chun-Peng Chai.  Chinese Journal of Polymer Science. 2020(06)
[2]正己烷/异辛烷在沸石咪唑酯骨架材料（ZIFs）上的动态吸附性能研究[J]. 范伟,陈乐,张致慧,何明阳.  离子交换与吸附. 2013(06)
[3]金属有机框架化合物在非均相催化反应中的应用[J]. 刘兵,介素云,李伯耿.  化学进展. 2013(01)
[4]固定化酶制备及应用的研究进展[J]. 谭碧君.  上海畜牧兽医通讯. 2011(01)
[5]MOF基上创立活性位的方法及其催化应用[J]. 刘丽丽,张鑫,徐春明.  化学进展. 2010(11)
[6]新型金属-有机骨架配位聚合物（MOF）的研究进展[J]. 杨捷,沈磊.  化学工程师. 2009(12)
[7]葡萄糖氧化酶氧速率法测定血糖[J]. 陈波,黄海樱,李惠芳,吴晓蔓.  中国煤炭工业医学杂志. 2002(07)

博士论文
[1]磁性可再生载体的制备及其固定化糖化酶研究[D]. 赵光辉.兰州大学 2011

硕士论文
[1]新型金属有机框架材料固载酶生物微反应器的设计及应用[D]. 温莉茵.北京化工大学 2017
[2]金属有机框架材料（MOFs）的制备及其固定化黄豆环氧化物水解酶的研究[D]. 岳东梅.华南理工大学 2015



本文编号：3673045