基于生物表面活性剂漆酶逆胶束体系降解多环芳烃的研究

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多环芳烃(PAHs)是由两个或多个稠合的芳环组成的一类有机化合物,可以在有机分子的热分解及其随后的重组过程中形成。它们不仅可以由火和化石燃料天然产生的,而且也可以从有机化学物质的不完全燃烧产生。人类活动的加剧使得大量的污染物释放到了无处不在的空气,土壤和水中。特别是在水生环境中,由于它们的高疏水性,它们倾向于吸附在颗粒物上,并且长时间保持吸附状态,使得PAHs很难被洗去。同时,PAHs也会对水生生物造成许多不利影响,包括内分泌改变,阻碍生长,DNA损伤以及胚胎和幼虫的畸形。目前,生物酶降解多环芳烃是一种不错的生物治理手段,然而,生物酶与有机试剂的直接接触会造成酶活性的降低,影响对多环芳烃的有效降解。介体体系的构建,可以使得生物酶能够氧化具有比其自身更高的氧化还原电位的化合物。然而其重复利用率低、介体与底物摩尔比值偏高等缺点,需要寻求一种新的生物酶催化体系来更好的发挥漆酶的催化能力。而逆胶束所具有的独特的水池可以看作是纳米反应器,它将保护酶免于因为直接接触有机溶剂而导致的变性,并促进酶表现出超活性。生物表面活性剂是一种可降解的表面活性剂,与其他通过化学合成或石油炼制法生产的表面活性剂相比,其具有无毒、可生物降解、生态安全以及高表面活性等优点。所以使用具有良好生物相容性的生物表面活性剂代替化学表面活性剂构建逆胶束酶体系,则有助于对环境的保护。本文以漆酶为核心,采用生物表面活性剂鼠李糖脂来构建具有良好单分散性的逆胶束体系,用于对菲、苯并(a)蒽和苯并(b)荧蒽的降解。围绕着该体系探索了一些相关参数的影响,例如含水率,p H,温度和鼠李糖脂浓度,并确定了最佳降解条件:wo(20),p H(4.8),t(35°C)和鼠李糖脂浓度(150 CMC)。此时菲、苯并(a)蒽和苯并(b)荧蒽的降解率达到最高,分别为52.22%、35.25%和28.92%。同时基于漆酶动力学研究,分别以菲和苯并(a)蒽为底物,获得了其最大速度(vmax)和米氏常数(Km)。另外,通过CD(圆二色谱)研究了反应体系中漆酶在不同的pH和温度下二级结构的变化。结果表明,在降解过程中,β-折叠与无规卷曲之间发生存在着相互转化,而α-螺旋和β-转角的含量在很小的范围内波动。利用气相质谱联用仪对漆酶鼠李糖脂逆胶束体系降解苯并(a)蒽的中间物进行了检测,表明了漆酶在该体系下的优越催化特性。采用相变法,核磁共振法,低温冷冻电镜和共聚焦显微技术研究了逆胶束酶结构形态特性,发现wo低的逆胶束呈现较小的球形。随着wo的增加,逆胶束变得更大,层数更多。最后,通过对Hishfeld电荷、福井函数以及碳原子在HOMO和LUMO的原子贡献进行了相关量子化学的计算,预测了漆酶催化苯并(a)蒽的初始降解位点。
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