磁性琼脂糖微球固定化猪肺血管紧张素转化酶分离长蛇鲻降血压肽的研究

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食物蛋白源降血压肽——血管紧张素转化酶(ACE)抑制肽因其具有作用持久、安全、无毒副作用等优点,可做为功能食品替代部分药物起到降血压辅助治疗作用。将磁性分离技术与传统分离方法相结合,可实现ACE抑制肽的快速分离纯化。本文以琼脂糖和Fe304为原料,采用反相微乳包埋法制备磁性琼脂糖微球,将其做为载体,制备磁性亲和介质,用于长蛇鲻酶解液中ACE抑制肽的分离,经反相高效液相色谱(RP-HPLC)进一步纯化后,得到一个新的ACE抑制肽,并对其作用机理进行了初步研究。取得的主要研究结果如下:(1)采用反相微乳包埋法制备磁性琼脂糖微球(MAMs)。以琼脂糖和自制Fe304磁流体为原料,采用反相微乳包埋法制备磁性琼脂糖微球,以微球平均粒径做为考察指标,用单因素实验优化磁性微球的制备工艺条件。用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TG)以及振动磁强计(VSM)对微球的性能进行表征。实验结果表明,当琼脂糖浓度为25.0g·L-1,水油比W/O为1:10, Span 80浓度为40.0 g·L-1,乳化温度为80℃,搅拌速度为900r·min-1, Fe3O4浓度为4.5 g·L-1时,制备的磁性琼脂糖微球平均粒径为10.69 μm,具有良好是分散性,Fe304含量为29.5%,磁饱和强度为5.67 emu·g-1,微球具有超顺磁性,在外加磁场的作用下可快速实现固液分离。(2)以环氧氯丙烷为活化剂对微球进行活化。以环氧基密度为考察指标,采用单因素实验优化活化工艺条件。结果表明,在NaOH溶液浓度为0.9mol·L01,环氧氯丙烷体积分数为40.0%, NaBH4的浓度为0.5 g·L-1,活化温度为40℃,活化时间为4h时,磁性琼脂糖微球表面的环氧基密度最高,达到123.96μmol·g-1。(3)以磁性琼脂糖微球作为载体,亚氨基二乙酸(IDA)为连接臂,将Zn2+固定到已活化的磁性琼脂糖微球上,制备磁性固定化金属亲和介质MAMs-IDA-Zn2+。以Zn2+螯合量为考察指标,通过单因素实验优化制备工艺条件,在IDA接合时间为8h、IDA浓度为0.8mol·L-1、Zn2+螯合时间为60 min, Zn+浓度为0.03 mol·L-1的条件下,Zn2+螯合量达到最大值101.69μmol·g-1。(4)采用磁性固定化金属亲和层析法对猪肺ACE进行分离纯化。以蛋白吸附量为考察指标,采用单因素实验优化吸附条件。在蛋白浓度为3.0mg·mL-1, NaCl浓度为0.5 mol·L-1,吸附时间为20 min, pH值8.3的条件下,ACE全部吸附到MAMs-IDA-Zn2+上,吸附的蛋白ACE比活为0.037 U·mg-1。在NH4Cl浓度为1.0 mol·L-1, pH值7.8,洗脱时间为40 min的条件下,可将吸附的ACE洗脱下来,得到的ACE比活为0.160 U·mg-1,纯化倍数为14.3,酶活回收率为65.8%。(5)采用共价结合法将猪肺粗提ACE固定到活化的磁性琼脂糖微球上,制备磁性固定化ACE(MAMs-ACE)。以MAMs-ACE的比活为考察指标,采用单因素实验对制备工艺条件进行优化。结果表明,在蛋白浓度为8.0mg·mL-1、时间为2 h、温度为50℃、pH值7.8的条件下,得到的MAMs-ACE活力最高,达到0.128 U·g-1。同时,还对MAMs-ACE的性质进行了研究,MAMs-ACE的最适pH值为7.8,最适温度为42℃,比游离ACE具有更好的pH稳定性和热稳定性;重复使用10次后, MAMs-ACE活力仍保持53.0%,具有良好的操作稳定性;MAMs-ACE在-20℃条件下保存30天后,仍保持90.3%的酶活,而游离酶只保留了43.0%,说明MAMs-ACE具有更好的储存稳定性。对ACE的米氏常数Km进行测定,发现MAMs-ACE的Km相对游离ACE变小,说明ACE的固定化有利于酶与底物的结合。(6)对MAMs-ACE的吸附性能进行研究。以ACE抑制肽HLPLP为特异性吸附模版蛋白,研究MAMs-ACE的特异性吸附性能。结果表明,在HLPLP浓度为4.0 mg·mL-1,吸附时间为30min, NaCl浓度为0.3 mol·L-1,pH值为7.8的条件下,特异性吸附量达到最大值22.77 mg·g-1。以牛血清白蛋白(BSA)为非特异性吸附的模版蛋白,在相同实验条件下确定MAMs-ACE的最大非特异性吸附量为2.46 mg·g-1,是特异性吸附量的10.8%,说明MAMs-ACE具有良好的特异性吸附,可用于ACE抑制肽的分离纯化。(7)将MAMs-ACE做为磁性亲和介质,用于长蛇鲻酶解液中ACE抑制肽的分离纯化。以蛋白吸附量为考察指标,通过单因素实验优化吸附工艺条件,在蛋白浓度为8.0 mg·mL-1,吸附时间为45 min, NaCl浓度为0.2mol·L-1, pH值为7.8的条件下,MAMs-ACE对蛋白的吸附量达到最大值29.50 mg·g-1。用2.0 mol·L-1 NaCl溶液反复洗脱8次,每次30 mmin,可将90.0%的蛋白洗脱下来。MAMs-ACE的吸附量随重复使用次数的增加而降低,最多只能重复使用4次。用RP-HPLC对亲和纯化的多肽进一步分离,得到单一的活性组分,质谱仪解析得到该组分的氨基酸序列为:Gly-Met-Lys-Cys-Ala-Phe (GMKCAF), IC50为45.7 μmol·L-1。(8)采用Lineweaver-Burk双倒数做图法对GMKCAF (GF-6)的抑制类型进行研究,确定GF-6属于非竞争性抑制剂。分别用初始速率法和等温滴定量热法(ITC)对测定ACE米氏常数Km,对结果进行比较。初始速率法和ITC法测得的Km分别为0.327 mmol·L-1和0.347 mmol·L-1,说明ITC测定的结果是可信的。(9)采用ITC对captopril和GF-6的抑制热力学进行研究。通过ITC实验得到了captopril和GF-6与ACE结合反应的热力学参数:结合常数Ka、化学计量数n、ΔH、ΔCp和AG。结果表明,captopril和GF-6与ACE的结合反应都是自发进行的吸热过程,captopril以1:1的比例与ACE结合,抑制肽GF-6以40:1的比例与ACE进行结合,进一步验证了它们的抑制类型。同时,对captopril和GF-6对ACE结合过程进行热力学研究。结果表明,captopril和GF-6与ACE的结合存在着很好的焓-熵补偿关系,都属于熵驱动过程。
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