基于温敏性磁流体载体材料的固定化酶的制备和在蛋白质组研究中的应用

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“组学”研究,即使用高通量、高效率的方法对样本的结构、组成及功能等性质进行大规模地鉴定和分析。作为目前最成熟的分析鉴定策略,以生物质谱技术为核心的“鸟枪法”策略在蛋白质组学及糖组学研究中已得到广泛的应用。在此策略中,对蛋白质各类信息的鉴定主要依赖于对蛋白质酶解后相应的肽段产物进行的质谱检测和之后的搜库分析。因此高效的蛋白质酶解技术便成为此策略中关键的环节,对比传统溶液酶解方法,具备低成本、可回收并且可显著缩短酶解时间等优势的固定化酶酶解技术日益受到广泛重视。然而,此前大部分研究中所制备的固定化酶试剂,都是与底物在异相体系中进行酶解反应,固液界面固有的传质阻力在很大程度上限制了固定化酶效率。本研究利用不同温敏聚合物对外界温度刺激的不同响应,结合磁性Fe3O4纳米颗粒,分别了制备了两种具有相反温敏性质的磁流体固定化酶试剂,实现了“均相催化-异相分离”,并将其成功应用于蛋白质组学鉴定及蛋白质糖基化修饰分析的研究中,具体内容如下:  (1)利用与油酸稳定化的磁性Fe3O4纳米颗粒之间简单的配体交换反应,在Fe3O4纳米颗粒表面固定原子转移自由基聚合(ATRP)引发剂,随后在Fe3O4纳米颗粒表面引发N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)与10-十一烯醛(UnA1)的ATRP共聚合,获得以磁性Fe3O4纳米颗粒为核,poly(NIPAM-co-UnA1)共聚物为外壳的杂化纳米颗粒。该纳米颗粒可以均匀分散在水及其他缓冲液介质中,形成对外界磁场及温度具备双重响应性的磁流体材料。之后,利用共聚物外壳中含有的大量具有反应活性的醛基,将肽N糖苷酶F(PNGase F)通过还原胺反应固定在该温敏性磁流体载体材料上,并分别以核糖核酸酶B(RNase B)和去唾液酸胎球蛋白(ASF)为标准蛋白,通过与传统溶液酶解的效果进行对比分析,评价此固定化PNGase F试剂的各项性能。  (2)基于PNIPAM共聚物的温敏性磁流体固定化酶试剂,可以在环境温度低于其最低临界溶解温度(LCST)时实现均相催化酶解,并且可通过简单的加热方式,在温度处于固定化酶试剂的LCST之上时利用,外界磁场将其进行异相分离,这极大提升了酶的催化效果。然而,若酶的催化特性与载体材料的温敏特性互相矛盾时,该试剂就无法在均相的条件下达到最佳的催化效果;并且,当底物中含有对温度敏感的蛋白时,加热-磁性分离步骤可能也会导致这类热敏感性蛋白发生降解,并对最终的酶解效果造成很大影响。因此在第二部分研究中,我们利用聚N-丙烯酰甘氨酰胺(PNAGA),一种与NIPAM相反,具有最高临界溶解温度(UCST)的水溶性温敏聚合物,并结合经过柠檬酸表面修饰的磁性Fe3O4纳米颗粒,制备一种UCST型的温敏性磁流体载体材料。随后通过还原胺反应固定胰蛋白酶,并将该固定化酶试剂应用于巨噬细胞膜蛋白的蛋白质组鉴定研究中。
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