【摘 要】
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酶固定化不仅要提高酶的稳定性和重复使用性,还应最大程度保留甚至提高酶的活性。为了提高固定化酶性能,我们采用环氧交联剂交联封装固定化酶,将酶封装在载体表面的“分子笼”中,使得酶分子既能牢固固定,还能很好的保持其天然构象。实验首先制备了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)磁性微球,并对表面进行功能化:聚乙烯醇(PVA)接枝和巯基修饰,之后将其作为载体吸附褶皱假丝酵母脂肪酶(CRL),最后通过PVA链交联将酶封
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酶固定化不仅要提高酶的稳定性和重复使用性,还应最大程度保留甚至提高酶的活性。为了提高固定化酶性能,我们采用环氧交联剂交联封装固定化酶,将酶封装在载体表面的“分子笼”中,使得酶分子既能牢固固定,还能很好的保持其天然构象。实验首先制备了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)磁性微球,并对表面进行功能化:聚乙烯醇(PVA)接枝和巯基修饰,之后将其作为载体吸附褶皱假丝酵母脂肪酶(CRL),最后通过PVA链交联将酶封装固定在磁性微球表面。主要内容包括以下几个部分:第一,以Fe3O4磁粒子为核,PMMA为壳制备出PMMA磁性微球,通过酯解酸化使表面带有羧基,测得羧基含量为0.40 mmol/g。对PMMA磁性微球进行扫描电镜(SEM)和粒度分布测定,结果显示微球球形规整,单分散性好,平均粒径为22.74μm。之后在微球表面接枝PVA,测得微球表面羟基含量为5.6mmol/g。利用3-巯丙基三乙氧基硅烷(MPTES)进行巯基修饰得到MPTES-PVA@PMMA磁性微球,测得巯基修饰密度为7.12μmol/g。以MPTES-PVA@PMMA磁性微球为载体,吸附CRL脂肪酶,随后加入双环氧交联剂交联PVA链,从而将酶封装固定在磁性微球表面,通过荧光表征和解吸附实验分析表明CRL酶被成功封装在磁性微球表面。第二,探究交联剂链长及亲疏水性对交联封装固定化酶性能的影响。实验结果显示交联剂链长主要影响封装固定化CRL的固载量,同时,交联剂链长对酶的活性也会产生一定影响。随着交联剂链长从2.93 nm增加至4.70 nm,酶的固载量提高了37.9%,继续增加链长反而导致酶发生泄露。另一个引人关注的现象是交联剂的亲疏水性对交联封装固定化CRL酶的活性具有重要影响,疏水性较高的交联剂封装固定CRL的酶活较高,说明构建疏水性的分子笼有利于酶活。研究还利用Autodock软件模拟交联剂1,4-环己烷二甲醇二缩水甘油醚(CHDMDGE)、二乙二醇二缩水甘油醚(DEGDGE)与CRL酶分子之间的相互作用,结果显示疏水性较高的交联剂CHDMDGE能够更好的维持酶构象中盖子打开的状态,使酶更易与底物结合,从而对酶活性起到了积极作用。实验还对交联封装固定化的最优条件进行了考察,发现聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDGE,Mn 400)为最佳交联剂,最佳交联剂用量为n巯基:n环氧基=1:1,最佳交联p H为7.0,在最优交联条件下交联封装固定化CRL的固载量为21.64 mg/g,酶活为63.55U/mg,与游离CRL酶的活性(50.67 U/mg)相比有明显提高。第三,实验对交联封装固定化CRL酶的性能进一步研究,对其最适温度、最适p H以及稳定性(包括热稳定性、储存稳定性和对变性剂的耐受性)和重复使用性进行了考察。实验测得交联封装固定化酶的最适p H为7.5,最适温度为40℃,较游离酶的最适温度(37℃)有所升高。而且,交联封装固定化酶较游离酶具有更宽的温度和p H适应范围,以及更高的热稳定性、更好的储存稳定性和较好的变性剂耐受性。交联封装固定化酶重复使用4次后,仍能保留70%左右的相对酶活力,而物理吸附CRL仅保留了40%左右的活性,说明交联封装固定化酶较物理吸附酶的重复使用性更佳。
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