MNP@CS-NADH的制备、特性及应用

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氧化还原酶占常见六大类酶的30%~35%,其中约80%为NAD(H)依赖型氧化还原酶。其在手性物质生产、羟基酸与氨基酸制备、生物传感器等方面均有重要应用。本文制备了环氧基修饰的壳聚糖磁性纳米粒子(MNP@CS-EPO),并用于固定化NADH得到磁性纳米粒子固定化的辅酶(MNP@CS-NADH),进而考察了 MNP@CS-NADH的反应活性及其与不同种类酶的相互作用特性,最终将MNP@CS-NADH用于Lactobacillus reuteri胞内NADH依赖型氧化还原酶的快速分离。  首先,通过自组装包覆及表面修饰获得环氧基功能化的磁性纳米粒子MNP@CS-EPO,进而用于固定化 NADH获得固定化的辅酶 MNP@CS-NADH。通过透射电镜(TEM)形貌分析、红外光谱分析(FTIR)、热重分析(TG)、X射线衍射分析(XRD)、磁性能分析、zeta电位分析、形态观测、沉降性能分析等对这两种粒子分别进行了表征。结果显示,MNP@CS-EPO表面具环氧基功能基团,在去离子水中和pH5~10的缓冲液中分散性良好,平均粒径约10 nm,饱和磁化值为45.69 emu/g,具超顺磁特性;MNP@CS-NADH在去离子水中及pH2~3、5~10的缓冲液中分散性良好,平均粒径约10 nm,饱和磁化值为46.66 emu/g,并且在乳酸脱氢酶(LDH)催化过程中表现出反应活性,且能在乙醇脱氢酶(ADH)和LDH偶联体系中作为循环再生的辅酶,不断催化反应产生丙酮酸,MNP@CS-NADH总转化次数约为46.8次。  其次,考察了时间和浓度对 MNP@CS-EPO和MNP@CS-NADH分别用于固定化ADH的影响。结果显示,ADH浓度为180μg/mL时,两种粒子均达最大固定量26 mg/g粒子和44 mg/g粒子;MNP@CS-EPO和MNP@CS-NADH均能在1~2分钟内快速完成固定化;MNP@CS-ADH、MNP@CS-NADH~ADH与游离ADH的比活之比为1.81:1:7.44。这反映了两种固定化方法中粒子与ADH作用方式和作用位点的差异对酶的空间结构会产生不同的影响,进而影响到酶的催化活性。  第三,为研究 MNP@CS-NADH对酶的选择性相互作用,分别考察了MNP@CS-NADH与蔗糖转化酶(INV)和NADH依赖型氧化还原酶(ADH)的相互作用。结果显示,MNP@CS-NADH与ADH作用远高于蔗糖转化酶,在ADH和INV的混合蛋白中 MNP@CS-NADH可选择性亲和吸附 ADH;对MNP@CS-NADH~ADH表面ADH的脱附研究表明,pH、底物和NADH均能调控ADH的解吸,pH调控最简便,且蛋白和酶活解析率最大,分别为35.25%和31.51%。因此该方法可从混合蛋白中选择性吸附NADH依赖型氧化还原酶,并能有效脱附。  最后,将固定化辅酶MNP@CS-NADH用于分离纯化L. reuteri胞内NADH依赖型氧化还原酶。结果表面,MNP@CS-NADH可直接从细胞破碎液中分离浓缩 NADH依赖型氧化还原酶,其中 LDH纯化倍数约为8.15,酶活回收率达48.53%;对粗酶液进行硫酸铵初步沉淀后,采用 MNP@CS-NADH可从上清中分离ADH和LDH,相对粗酶液的纯化倍数分别达到49.21和3.09,回收率分别达36.37%和32.23%,可从沉淀中分离LDH和ADH,相对粗酶液的纯化倍数分别达到8.24和2.69,酶活回收率达到5.87%和7.85%。
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