【摘 要】
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腈类化合物被广泛用于生产更具经济价值的酰胺,与传统化学方法相比,微生物法(腈水合酶作为催化剂)具有绿色环保、高比活性和底物特异性等优点,使得它们在工业生产酰胺物质方面具有巨大潜力。然而腈水合酶容易在破坏性环境条件下活性降低或丧失,因此需要对其进行固定化以免受极端环境下的影响,增强酶的稳定性同时实现生物酶的重复利用。有机-无机杂化纳米花作为载体具备比表面积高,操作简单,合成条件温和等优点,因此在固定
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腈类化合物被广泛用于生产更具经济价值的酰胺,与传统化学方法相比,微生物法(腈水合酶作为催化剂)具有绿色环保、高比活性和底物特异性等优点,使得它们在工业生产酰胺物质方面具有巨大潜力。然而腈水合酶容易在破坏性环境条件下活性降低或丧失,因此需要对其进行固定化以免受极端环境下的影响,增强酶的稳定性同时实现生物酶的重复利用。有机-无机杂化纳米花作为载体具备比表面积高,操作简单,合成条件温和等优点,因此在固定化酶领域中应用广泛。本研究将Rhodococcus erythropolis CCM2595来源的腈水合酶在大肠杆菌中表达,通过亲和层析的方法进行纯化,得到腈水合酶。接下来合成了载体亚铁纳米花Fe3(PO4)2,并采用原位合成法对腈水合酶进行固定化,成功制备出一种生物催化剂NHase@Fe3(PO4)2。首先,对Fe3(PO4)2和NHase@Fe3(PO4)2进行表征(扫描电镜、EDS、红外光谱、X射线衍射、激光扫描共聚焦显微镜),结果发现腈水合酶被成功固定在Fe3(PO4)2上,且腈水合酶对载体的形貌结构没有明显影响,呈现均一的花状结构。接下来,优化NHase@Fe3(PO4)2的制备条件,最终确定为100 mmol/L Fe SO4与1.0 mg/m L腈水合酶溶液静置孵育12 h。最后,以己二腈作为反应底物探究NHase@Fe3(PO4)2和游离腈水合酶的最佳反应条件、底物耐受性、储存稳定性及NHase@Fe3(PO4)2的重复使用性。结果表明:(1)在高温、偏酸偏碱的破坏性环境下,由于载体Fe3(PO4)2对腈水合酶起到了很好的保护作用,NHase@Fe3(PO4)2催化己二腈的能力均优于游离酶;(2)特别值得一提的是相比于游离酶,NHase@Fe3(PO4)2具有显著的底物耐受性,当己二腈浓度达到100 mmol/L时,游离酶活性几乎丧失,而NHase@Fe3(PO4)2仍然保持95%以上的催化活性,且在己二腈浓度高达200 mmol/L时依旧保持60%的活性;(3)NHase@Fe3(PO4)2储存稳定性同样优于游离腈水合酶,在第5天时游离腈水合酶仅剩余30%的相对活性,而NHase@Fe3(PO4)2仍保持50%的活性,且NHase@Fe3(PO4)2也展现了良好的重复使用性能,在重复使用4次后,保留初始酶活的60%。总之,本文制备了一种纳米生物催化剂NHase@Fe3(PO4)2,合成条件温和,方法简单,具有高比表面积、生物相容性好、对酶活性友好等特点,对腈水合酶起到了很好的缓冲作用,避免在破环性条件下催化活性的严重丧失,为腈水合酶的工业化应用提供新的思路,为固定化酶的发展提供新的可能。
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