环氧磁性纳米载体固定化NADH氧化酶与脱氢酶构建高效NAD原位再生体系

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氧化还原酶是一类重要的生物催化剂,但通常需要辅酶来完成酶催化反应中的电子转移,而辅酶价格昂贵,且稳定性较低,迄今未见产业化报道。对辅酶进行再生是有效的解决方法。利用NADH氧化酶进行NAD再生具有无副产物,高效催化等优势。本研究拟采用磁性纳米载体固定化NADH氧化酶(Nox)及耦合甘油脱氢酶(GDH)来实现对NAD的原位再生。由于固定化酶具有磁性,容易回收和再利用,可以达到高效原位再生的目的。主要的研究内容有:磁性纳米载体的制备、固定化酶的制备、固定化过程的优化、固定化酶的表征及其应用。第二章制备了一种环氧基功能化磁性纳米载体,并应用于乙醇脱氢酶(ADH)的固定化。首先,利用共沉淀法制备Fe3O4纳米颗粒;再利用SiO2对其表面进行包覆;最后,采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(GPS)对颗粒进行化学修饰,即可获得Fe3O4@SiO2-Epoxy纳米颗粒。通过透射电镜(TEM)、傅立叶转变红外光谱仪(FTIR)等进行定性分析,确认该纳米颗粒已成功制备,粒径约为16-24 nm。利用该纳米颗粒对乙醇脱氢酶进行共价固定化。获得的最佳固定化条件为:酶载量5.27 mg/g,固定化pH 8.0,固定化温度30 oC,缓冲液浓度0.05 M。在最适条件下,酶的固定化率可达90%。经固定化后,乙醇脱氢酶的稳定性显著提高。而且,固定化酶表现出更好的耐热性和良好的重复利用性。在重复利用6次之后,仍保留有超过80%的初始酶活。利用固定化乙醇脱氢酶催化苯乙酮酸转化生成R-扁桃酸,收率可达64%。第三章是利用环氧磁性纳米载体共价固定化Nox酶,制备出一种稳定性好且容易回收利用的固定化酶。对固定化过程进行了优化,获得最优的固定化条件为:酶载量6.74 mg/g,固定化时间2 h,固定化pH 7.0,固定化温度30 oC。经过优化后,Nox酶的固定化率高达92%。固定化酶的最适温度为45 oC;固定化酶在酸性条件(pH 4.0-7.0)下具有更高的活性;固定化酶对底物表现出更好的亲和力;具有良好的重复利用性,在利用9次后,仍保留83%的最初酶活。第四章是采用固定化Nox酶及耦合GDH共同构建NAD再生系统,实现对NAD的再生。同时,将甘油氧化生成有价值的产物1,3-二羟基丙酮(DHA)。经过优化后,确定最佳的偶合反应条件为:酶的比例(w/w)为2:1,温度25 oC,pH 7.5,甘油浓度100 mM。在最优条件下反应,双酶再生体系可以催化生成3.5mM DHA,其产量为单酶催化体系的4倍。结果表明,酶偶合再生系统可以实现DHA的高效生产。
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