镍掺杂SBA-15介孔分子筛固定化重组微杆菌酯酶的研究

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酯酶(Esterase,carboxylic ester hydrolase,EC 3.1.1.1)是一种在制药工业中十分重要的水解酶。本课题组前期发现的微杆菌酯酶SIT01能够催化内消旋二甲酯的不对称水解得到高光学纯度的生物素合成关键手性中间体(4S,5R)-单甲酯。但其较差的稳定性限制了其工业应用。介孔分子筛是一种具有大孔径和三维孔道结构的载体,利用其固定化酶是一种有效提高酶稳定性的方法。本文首先合成了镍掺杂的氧化硅SBA-15介孔分子筛,对其结构进行了表征;其次利用合成的载体对组氨酸标记的重组微杆菌酯酶的固定化进行了系统研究,对固定化酶的性能进行了表征,并在克级规模制备获得了生物素手性中间体;最后研究了一种双酶法快速测定甲醇含量的方法。取得的主要成果如下:(1)通过原位合成法制备了镍掺杂的SBA-15介孔分子筛,并对制备条件中添加的镍离子含量和不同的镍盐前驱体进行了优化,发现不同镍盐前驱体对固定化酶的稳定性影响不大,镍离子的含量对固定化酶活性和稳定性均有明显的影响。同时与浸渍法合成的负载镍的SBA-15载体进行比较发现,暴露在表面过多的镍金属对固定化酶热稳定性有抑制作用。对镍掺杂的SBA-15载体采用一系列谱学方法对其形貌和结构进行表征,证明成功合成了负载镍的SBA-15介孔分子筛。发现其孔道结构为六角立方蜂窝状,平均孔径为16 nm,比表面积为548 m~2/g,金属Ni含量约为0.31%。(2)对镍掺杂SBA-15介孔分子筛固定化酯酶SIT01的条件进行了优化,发现在最优条件组氨酸标记的重组微杆菌酯酶可以专一性的牢固吸附在SBA-15孔道内,固定化的酶活回收接近100%。与游离酶相比,固定化酶的最适反应温度由35 oC提高到40 oC,最适反应p H值由10.0变为8.0。而且固定化酶在有机溶剂耐受性、温度、p H稳定性上得到了较大的提高。同时固定化酶表现出优异的储藏稳定性和重复使用性,连续13批次反应循环后底物转化率均大于99%,在25oC下储存30天后保留了92%的初始活性,游离酶仅保留了30%的初始活性。在放大实验中利用固定化酶完成了(4S,5R)-单甲酯的克级制备,产物收率为80%,产物纯度和ee值均大于99%。(3)开发了一种新颖的基于醇氧化酶-辣根过氧化物酶双酶偶联显色的方法测定水溶液中的甲醇浓度,该方法具有较好的精密度和准确性,测定甲醇浓度的线性范围为:0.5m M-5m M,检测限为6.2×10-3m M。同时发现此方法也能应用于乙醇浓度的测定。研究结果在以甲酯为底物的水解酶快速测活中有潜在的用途。
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