基于低熔点共熔溶剂的甾体化合物生物催化脱氢研究

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3-甾酮Δ1脱氢酶(Ksd D)是甾体Δ1-脱氢过程中最关键的酶之一,广泛存在于多种微生物中。这些微生物中的多种Ksd D同工酶由于其甾体底物应用范围广泛,仍然需要进行大量的研究。然而,由于甾体在水中的不溶性,Ksd D在甾体脱氢反应中的应用受到限制。低熔点共熔溶剂(deep eutectic solvents,DESs)以其低毒性、高溶解度、高热稳定性和高生物相容性等优点,作为传统溶剂的潜在替代品,在酶催化领域得到了广泛的应用。在本实验中,首先对于大肠杆菌中表达的简单节杆菌的Ksd D的催化特性进行了研究,并对于它的底物选择性和催化机理进行了深入剖析。研究结果表明大多数Ksd D在p H 8.0温度30℃的环境下酶活最佳。根据Ksd D的底物选择性和催化机理结果显示不同的Ksd D对不同的3-甾酮活性的影响是不同的:对于AD而言,Ksd D4的酶活最高,Ksd D1其次;而对于孕酮而言,Ksd D1具有最佳催化活性。其次系统地评价了DESs对Ksd D催化五种甾体药物的催化活性和催化效率的影响,并且比较了DESs与其他传统有机溶剂相比在4-雄烯-3,17-二酮(AD)合成雄甾-1,4-二烯-3,17二酮(ADD)过程中对Ksd D催化反应的影响。实验结果表明,[Ch Cl][Gly]和[Ch Cl][Eg]均能促进Ksd D4催化五种底物的催化活性和催化反应的生物转化率。在含4%[Ch Cl][Gly]缓冲体系中Ksd D对于AD催化效率最高,转化率最高可高于纯水相的30%以上。并且DESs体系中Ksd D4的同工酶和突变体对于AD的催化活性和催化效率都有明显的提升。此外,DESs相较于常用的有机试剂而言,会产生等效的甚至更高效的Ksd D催化效率。这些结果表明,DESs中Ksd D具有良好的催化活性、催化效率和催化稳定性,这为DESs在工业甾体药物生产中的应用奠定了重要的基础。最后,还通过DESs对于细胞模型——脂质体的研究来模拟DESs对于细胞膜的影响。实验研究表明,DESs及其组成成分的浓度与脂质体粒径值大小呈正比,即DESs及其组成成分在水溶液中所占比例越大,脂质体粒径值也会相应变大;根据激光共聚焦显微镜观察结果来看,这是脂质体抱团聚集的结果。而且DESs相较于其单独组成成分及其组成成分所制成的水溶液而言,DESs对于脂质体粒径值的影响更为显著。总体而言,DESs对于细胞膜的作用与自身携带的粘性有关,而这种粘性与DESs组分间的相互作用力有关。
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