基于中空纤维的酶固定化及其应用研究

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游离酶由于稳定性较差以及不能回收利用等缺点,使其在环境保护、食品行业和抑制剂筛选等领域的应用受到限制。随着固定化技术的发展,固定化酶提高了酶的稳定性,实现了酶的回收利用,大大拓展了酶的应用领域。本论文以中空纤维为固定化载体,开发了三种条件温和、简单的方法用于固定不同的酶,并对固定化酶的酶促动力学和应用进行了探究。本论文主要包括五个章节的内容,其中三个章节为实验内容。第一章为文献综述部分。首先概述了固定化酶,包括固定化酶的方法及其优势和特点、酶固定化载体的研究进展和固定化酶的应用研究。其次概述了利用中空纤维固定化酶的优势及应用,最后提出了本论文的研究目的、意义及内容。第二章为利用吸附中空纤维固定化酪氨酸酶用于筛选葛根提取物中的酶抑制剂。首先利用吸附中空纤维物理吸附的方法固定酪氨酸酶,采用已知阳性药曲酸和阴性药雷尼替丁混合溶液对基于固定化酪氨酸酶的亲和萃取方法进行验证。其次,优化基于中空纤维固定化酪氨酸酶的筛选过程,包括葛根提取物用量、酶吸附时间和筛选时间。结果筛选出与酪氨酸酶结合的七个活性成分,并通过质谱进一步鉴定其相应化学结构,并对其中四个单体成分进行体外活性验证,其中葛根素、葛根素-6″-O-木糖苷和葛根素芹菜糖苷对酪氨酸酶具有良好抑制活性。此外,利用分子对接预测了这些化合物可以与酪氨酸酶催化口袋中的氨基酸残基结合。这些结果证明了吸附中空纤维固定化酪氨酸酶可以有效筛选复杂混合物中的酪氨酸酶抑制剂,为从天然产物中发现酪氨酸酶活性抑制剂提供参考。第三章为利用聚多巴胺修饰中空纤维固定黄嘌呤氧化酶用于黄酮类化合物的酶抑制活性评价。首先优化了聚多巴胺修饰中空纤维固定黄嘌呤氧化酶的参数,包括多巴胺修饰的浓度和时间、黄嘌呤氧化酶浓度和酶固定时间。其次,系统地对聚多巴胺修饰中空纤维固定黄嘌呤氧化酶的性能进行了考察,结果表明固定化酶的最佳p H值(7.5)和温度(37℃)与游离酶一致,且经过连续七次循环,固定化黄嘌呤氧化酶仍能保持初始固定化酶活性的50%以上。测得该固定化黄嘌呤氧化酶的米氏常数(Km)为0.25 m M,已知抑制剂别嘌呤醇半数最大抑制浓度(IC50)和抑制常数(Ki)分别为23.2μM和4.6μM。此外,成功应用固定化黄嘌呤氧化酶评价了野葛、粉葛粗提物和八个黄酮化合物的抑制活性。结果表明槲皮素、芹菜素、葛根素和表没食子儿茶素对黄嘌呤氧化酶具有强的抑制活性,并通过分子对接分析进一步预测了它们与酶的结合方式和结合能大小。这些结果表明,聚多巴胺修饰的中空纤维固定化黄嘌呤氧化酶是一种从天然产物中初筛黄嘌呤氧化酶抑制剂的有效方法,并且该方法可用于固定其他酶以筛选天然产物中的酶抑制剂。第四章为利用中空纤维表面接枝戊二醛共价固定漆酶用作水体中双酚A的去除。首先通过红外和电镜对构建的戊二醛接枝中空纤维进行表征,以及优化了固定化漆酶的固定量和固定时间。其次系统地对中空纤维表面接枝戊二醛共价固定漆酶的性能进行了考察,结果表明固定化酶的最佳p H值(4.0)与游离酶一致,最佳温度(40℃)较低于游离酶(50℃),但却更有利于实际使用。且固定化漆酶在经过连续七次循环使用后,仍能保持初始固定化酶活性的70%以上。此外,测得该固定化漆酶的Km为2.28 m M。最后,利用固定化漆酶对双酚A加标的重庆大学缙湖和云湖水样进行双酚A去除研究。结果表明,固定化漆酶对高中低三个浓度水平加标的缙湖和云湖水样去除双酚A的效果优良,可以应用于实际样品中双酚A的去除,为工业废水中双酚A的去除提供参考。第五章为总结与展望。中空纤维在酶固定化领域有着比表面积大、来源丰富、耐微生物和有机溶剂降解、经济实用以及便于修饰等独特的优势,本论文首先利用吸附中空纤维固定酪氨酸酶筛选了葛根中抑制酪氨酸酶的活性成分,并对筛选出的成分进行活性验证;其次通过聚多巴胺修饰中空纤维固定黄嘌呤氧化酶评价了八个黄酮化合物的酶抑制活性;最后戊二醛接枝中空纤维固定漆酶应用于水体中双酚A的去除。论文中研究开发的酶固定方法可以用于其他种类酶的固定,进一步应用于酶抑制剂筛选和环境保护等领域。
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