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酶固定化技术能提高游离酶的稳定性和重复利用性已被广泛应用于生物催化领域。相对于单酶固定,多酶固定协同催化以一种高效经济的方式引起了人们极大地兴趣。多酶协同连续催化有效地避免了反应中间产物的分离纯化,提高了反应体系的催化效率。论文研究二氧化锰(MnO2)纳米棒、MnO2基空心微球和锰基配位聚合物(Mn-CP)作为载体固定酶和模拟过氧化氢酶。固定了 D-氨基酸氧化酶(DAAO)和(R)-ω-转氨酶(RTA)构建拟三酶体系,固定半乳糖氧化酶(GaO)构建拟双酶体系。研究了酶与酶以及酶与载体之间的协同催化。论文主要取得如下结果:(1)DAAO/RTA固定在二氧化锰(MnO2)纳米棒上催化(R)-1-苯乙胺的转化。首先,将聚多巴胺包覆到合成的MnO2纳米棒上(Mn02@PDA)。然后,RTA和DAAO分别被固定到MnO2@PDA上。RTA/MnO2@PDA和DAAO/MnO2@PDA联用去构建一个模拟三酶催化体系。RTA/MnO2@PDA催化(R)-1-苯乙胺生成对应的酮(丙酮酸作为氨基受体)。DAAO/MnO2@PDA在需O2条件下催化副产物D-丙氨酸还原成丙酮酸,实现丙酮酸的体系内循环。另一方面,生成的H2O2被Mn02纳米棒分解成O2。在该催化反应过程中形成了从丙酮酸→D-丙氨酸→丙酮酸和O2→H2O2→O2两个循环,通过这两个循环加速了底物(R)-1-苯乙胺的快速转化。结果表明,固定酶对(R)-1-苯乙胺的转化率从游离酶的69.6±1.2%提高到98±1.8%。(2)锰基配位聚合物包覆GaO催化苯甲醇的氧化。在GaO和二甲基咪唑的混合溶液中依次加入CuⅡ和MnⅡ通过共沉淀构建GaO/Cu/Mn-CP复合物。GaO/Cu/Mn-CP在催化过程中模拟过氧化氢酶与固定的GaO联用构建了一个模拟双酶协同催化体系。GaO/Cu/Mn-CP在需O2条件下催化苯甲醇的氧化,并生成副产物H2O2。H2O2被GaO/Cu/Mn-CP自身分解还原成O2,实现O2的体系内循环。形成的从O2→H2O2→O2的物质循环加速了整个催化反应的速率。相较于游离GaO对苯甲醇的转化率是20.9%,GaO/Cu/Mn-CP复合物的转化率达到了 99.3%以上。最后,GaO/Cu/Mn-CP展现了优异的温度稳定性和重复使用性。(3)基于金属锆配位聚合物交联MnO2纳米针阵列得到的多功能空心微球:模拟酶,微米发动机,和酶固定。一种表面长有纳米针阵列的MnO2微球被合成。在MnO2微球表面覆载一层由ZrⅣ和二甲基咪唑配位形成的Zr基配位聚合物(Zr-CP)构建MnO2@Zr-CP。Zr-CP成功将MnO2微球表面的纳米针包覆并将其根部铰链到一起。刻蚀Mn02@Zr-CP微球中的MnO2球心产生空心微球h-MnO2@Zr-CP。h-MnO2@Zr-CP拥有类氧化酶和类过氧化氢酶的活性。h-MnO2@Zr-CP可以作为一个以H202为燃料的微米发动机。利用组氨酸标签与Zr-CP之间的配位作用,带有组氨酸标签的酶能被大量有选择且牢固地固定在该空心微球上。DAAO被固定到该空心微球上,构建的DAAO/h-MnO2@Zr-CP模拟双酶催化体系,达到的催化效率是游离DAAO的225%。进一步地,RTA和DAAO被共固定到空心微球上,构建的RTA/DAAO/h-MnO2@Zr-CP模拟三酶催化体系,将底物(R)-1-苯乙胺和(R)-1-氨基茚満转化成对应的酮。RTA/DAAO/h-MnO2@Zr-CP展现的转化率达到了99%和95%,而游离的RTA和DAAO混合酶只有48.6%和32%。从应用潜力上看,合成的多功能h-MnO2@Zr-CP也可以被用来固定其它种类的酶构建多种催化体系,是一种非常有价值的酶固定载体。