MOFs固定5-羟甲基糠醛氧化酶及其催化活性的研究

固定化酶作为一种绿色高效的生物催化剂,其性能远超游离酶。目前酶的固定化技术适用范围仍然较小,酶的研究范围多停留在模型酶阶段,扩大固定化酶的研究范围具有十分重要的意义。金属有机骨架材料(MOFs)作为酶固定化的载体在近些年得到了广泛的探索,但是具有生物功能的酶-MOFs复合材料的许多特性仍有待挖掘。采用仿生矿化的合成方法将5-羟甲基糠醛氧化酶(HMFO)固定到以沸石咪唑酯(ZIF-8)为代表的MOFs材料中,制备得到一种新的生物催化剂HMFO@ZIF-8,扫描电子显微镜表征其形态区别于经典的菱形十二面体。采用考马斯亮蓝法测定蛋白质浓度,计算得到酶的固定化效率达到89. 0%。HMFO@ZIF-8催化5-羟甲基糠醛的转化率达到84. 3%,收率和选择性均高于游离酶。拓展了MOFs固定化酶的研究范围,为研究其他生物大分子复合材料的生物催化剂提供一定的借鉴意义。     

金属有机框架纳米酶的研究进展

纳米酶作为一种具有类酶活性的纳米材料,与天然酶相比,具有制备过程简单、受外界环境干扰小、对酸碱和温度具有较好的耐受性等优点.金属有机框架(metal-organic frameworks,MOFs),即多孔配位聚合物,具有结构多样性、高比表面积、孔隙率可控等独特性质.因有序框架的保护以及结构可调控的性质,基于MOFs构建的纳米酶受到研究人员的广泛关注.本文综述不同类型MOFs基的纳米酶,主要从原始MOFs、化学修饰的MOFs、MOFs基复合材料和MOFs衍生物等四大方面进行论述;随后,对4种类型MOFs基纳米酶的构建特点和生化分析应用进行归纳和比较;最后对其当前面临的挑战和未来的发展趋势进行讨论.     

磁性复合微球固定化酶制备过程及其研究进展

磁性复合微球作为一种优良的载体,广泛应用于生物医学和技术上,如蛋白纯化、药物绑定、酶固定化等.磁性复合微球制备过程包括纳米磁性粒子合成、磁性复合微球制备,将酶与经表面戎基、氛基、环氧基等功能基团修饰或直接与磁性微球共价结合,或者与表面经金属离子鳌合的磁性微球吸附从而实现酶固定化.本文介绍了磁性复合微球的制备过程及其在固定化酶方面的研究进展.     

聚苯乙烯树脂固定化D-海因酶的初步研究

D-海因酶广泛用于D-氨基酸的制备研究和生产中,目前已有许多固定化D-海因酶及含D-海因酶细胞的研究报道。尝试了不同功能基团的聚苯乙烯树脂进行D-海因酶的固定化,结果表明功能基为伯氨基和仲氨基效果较好,并选取聚苯乙烯树脂D92进行了固定化D-海因酶的研究。采用该树脂制备固定化酶的最优条件是：酶质量浓度6mg／mL、温度25℃、固化时间12h。所得固定化酶的最适作用温度45℃,最适作用pH为8.5,且作用温度及适宜pH较广,Km为游离酶的1,8倍,且储存稳定性、操作稳定性较好。45℃下半衰期为11d。     

SMA基微孔膜固定化β-半乳糖苷酶的研究

以超临界二氧化碳（SCCO2）为分散介质在聚偏氟乙烯（PVDF）微孔膜表面和孔内进行马来酸酐和苯乙烯的接枝共聚,合成出超高分子量的苯乙烯/马来酸酐交替共聚物（SMA）基微孔PVDF膜。以SMA基PVDF膜为载体通过酸酐基和酶分子上的氨基偶联,制备出具有酶催活性的功能性分离膜。考察了影响酶固定化的因素,确定其最佳固定化条件为: 温度,4oC;pH,8.2; 酶/膜,1:10;反应时间,6h。固定化酶膜的最适温度为55oC,最适pH为7.8,均比自由酶稍高;Km（0.3mM/L）与自由酶接近。固定化酶膜活力达13.5 U/cm2 膜, 比活为280.0 U/mg 蛋白,蛋白载量为68.2 g/cm2 膜,相对活力为89.0%。固定化酶膜表现出良好的操作稳定性和储存稳定性,SMA基PVDF微孔酶膜超滤制备低乳糖牛奶实验表明该技术应用前景广阔。     

有机硅橡胶固定化细胞进行的生物转化

有机硅橡胶固定化细胞进行的生物转化潘冰峰,戴学倩,冯青,李祖义（中国科学院上海有机化学研究所,２０００３２）关键词硅橡胶;白地霉;固定化细胞;生物转化近年来,有机化学领域的一个重要进展是用酶或微生物进行生物转化反应。其中研究和应用较多的是碳基还原,特...     

多酶共固定化的研究进展

固定化酶技术是现代生物催化的核心技术。过去几十年里,固定化酶技术的研究主要集中在单酶固定化。近年来,多酶共固定化由于具有可增加反应的局部浓度、提高反应收率等优点而得到研究者的广泛关注。本文根据国内外研究现状并结合本实验研究从多酶非特异性共价共固定化、非特异性非共价共固定化、非共价包埋固定化以及位点特异性固定化四个方面阐述多酶固定化方法的研究进展,并分析和展望了其在工业上的应用前景。     

固定化生物催化剂的研究动向

近年来,国内外对于固定化酶、固定化细胞、固定化细胞器以及生物传感器的研究很活跃,在固定化方法上取得了较大进展,一部分固定化酶、固定化微生物细胞以及生物传感器在食品发酵工业、有机合成工业、化学分析、临床诊断以及能源开发等方面得到了应用。目前,大多数固定化酶、固定化细胞以及生物传感器还处在实验室研究阶段或中试阶段,有待改进;动物细胞、植物细胞以及细胞器的固定化研究还处于探索阶段、有待深入。     

赖氨酸脱羧酶分子改造及固定化合成1,5-戊二胺研究进展

1,5-戊二胺又名尸胺,是一种重要的生物基聚酰胺生产原料,可以与二元羧酸缩合生成生物基聚酰胺PA5X,其性能可以与石油基聚酰胺材料媲美。生物基聚酰胺以可再生能源为底物,如淀粉、纤维素、植物油等,符合绿色可持续发展战略。1,5-戊二胺的生物合成主要包括微生物从头合成及全细胞催化两种方法,而赖氨酸脱羧酶是其生物合成中的关键酶,该酶主要包括诱导型赖氨酸脱羧酶CadA和组成型赖氨酸脱羧酶LdcC两种。赖氨酸脱羧酶是一种折叠型Ⅰ型磷酸吡哆醛(pyridoxal-5'' phosphate,PLP)依赖酶,但该酶在实际反应过程中易受环境因素影响,存在活性不高、结构不稳定等问题。因此,提高赖氨酸脱羧酶催化活性及稳定性成为该领域的研究热点,主要包括分子改造以及固定化研究。文中综述了赖氨酸脱羧酶的作用机理、分子改造技术及固定化策略的研究进展,并对未来进一步提升赖氨酸脱羧酶活性及稳定性策略进行了展望,旨在实现1,5-戊二胺的高效生物制备。     

酶的定向固定化方法及其对酶生物活性的影响

固定化酶可以提高酶的稳定性,但通常酶通过酶分子上的多个赖氨酸残基随意固定在载体上,这样会使酶的活性显著下降,采用定向固定化酶不仅可以提高酶的稳定性,而且可以保存它的活性。综述了定向固定化酶的几种方法,比较了定向固定化和随意固定化对酶活性的影响。另外,还叙述了酶的活性位点结构变化的自旋共振波谱(EPR)检测。     

固定化脂肪酶催化制备L-薄荷醇

用大孔树脂NKA固定高选择性的脂肪酶,催化有机相中转酯化反应,从而拆分八异构体消旋薄荷醇来制备L-薄荷醇。研究pH、载体与酶比例对固定化酶制备的影响及固定化酶的反应稳定性;考察温度、转酯化过程醇酯比例、及底物醇异构组成变化对拆分效果的影响。结果表明:固定化酶的最适pH为8,载体与酶的比例为5∶1时,所得固定化酶的反应稳定性比游离酶的反应稳定性提高了约50%;转酯化反应的最优温度为40℃,醇酯比例为1.5∶1时最佳,改进八异构体消旋薄荷醇组分比例后,非对映体选择率dep达到了95.1%。     

固定化克鲁维酵母Y-179外切菊粉酶的研究

鹰嘴豆孢克鲁维酵母(Kluveromyces cicerisporus Y-179)分泌的糖基化菊粉外切酶经高碘酸钠氧化其分子表面的糖链产生醛基,再共价结合于氨基型固定化载体ZH-HA上,固定化酶活力达到4 000 U/g湿载体。所制备的固定化酶在pH 3.5和70℃温度下表现出最大反应活性,该固定化酶pH稳定性和热稳定性较游离酶明显提高。固定化酶在分批式反应器中重复水解菊粉50批次,活力没有明显损失,表现出良好的工作稳定性。     

葡萄糖氧化酶的有机相共价固定化

将葡萄糖氧化酶(GOD)在最适pH条件下冻干后,以戊二醛活化的壳聚糖为载体,分别在传统水相和1,4-二氧六环、乙醚、乙醇三种不同的有机相中进行共价固定化。通过比较水相固定化酶和有机相固定化酶的酶比活力、酶学性质及酶动力学参数,考察酶在有机相中的刚性特质对酶在共价固定化过程中保持酶活力的影响。结果表明,戊二醛浓度为0.1%、加酶量为80 mg/1 g载体、含水1.6%的1,4-二氧六环有机相固定化GOD与水相共价固定化GOD相比,酶比活力提高2.9倍,有效酶活回收率提高3倍;在连续使用7次后,1,4-二氧六环有机相固定化GOD的酶活力仍为相应水相固定化酶的3倍。在酶动力学参数方面,不论是表观米氏常数,最大反应速度还是转换数,1,4-二氧六环有机相固定化的GOD(Kmapp=5.63 mmol/L,Vmax=1.70μmol/(min.mgGOD),Kcat=0.304 s-1)都优于水相共价固定化GOD(Kmapp=7.33 mmol/L,Vmax=1.02μmol/(min.mg GOD),Kcat=0.221 s-1)。因此,相比于传统水相,GOD在合适的有机相中进行共价固定化可以获得具有更高酶活力和更优催化性质的固定化酶。该发现可能为酶蛋白在共价固定化时因构象改变而丢失生物活性的问题提供解决途径。     

肠溶衣聚合物固定化纤维素酶性质的研究

选用国内固定化酶方面研究较少的EudragitL-100为载体,采用物理吸附法,制备出具有可溶-不可溶性质的固定化纤维素酶。固定化酶的溶解度变化的条件是:pH≥5.0时,呈可溶性;pH≤4.0时,呈不可溶性。固定化酶的稳定性较好,重复利用4次后,酶活力保留值在65%以上。比较了固定化酶和游离酶的最适反应条件和动力学常数的大小。以2%的滤纸为底物(15FPU/g底物),固定化酶水解反应的效果比游离酶好。该研究结果在提高纤维素原料酶水解工艺的经济性方面具有重要意义。     

固定化蔗糖酶水解蜂蜜蔗糖的研究

用复合破壁方法从酵母提取蔗糖酶,用海藻酸钙凝胶包埋、戊二醛交联方法制备固定化蔗糖酶,并在40℃下进行脱水处理。对自然酶和固定化酶的酶学性质进行了系统研究。自然酶和固定化酶的最适底物浓度为10％,最适反应时间是120分钟,最适pH是4.0,最适反应温度自然酶是50℃,固定化酶60℃。果糖对自然酶和固定化酶有很强的抑制作用,在果糖和葡萄糖并存情况下抑制作用降低。用固定化蔗糖酶反复水解蜂蜜蔗糖40批,蜂蜜中蔗糖含量由10％下降为5％以下,固定化蔗糖酶仍保持75％水解酶活力。     

果胶酶固定化方法的研究

用海藻酸钠、二醋酸纤维、明胶分别作为固定化果胶酶的载体,研究比较载体的用量、交联剂的浓度、用酶量、制备的ｐＨ。结果表明,选择１５％浓度的明胶为载体,５％浓度的戊二醛为交联剂,用酶量５％,在ｐＨ３．５条件下制备固定化果胶酶,其酶活力回收率可达６７．７４％,重复回收使用１０次后,酶活力还可保留８０％以上,是果胶酶固定化的一种较好的方法。     

海藻酸钠包埋法制备固定化菠萝蛋白酶

以海藻酸钠为载体,包埋法固定菠萝蛋白酶,对固定化奈件进行优化,同时探讨固定化菠萝蛋白酶的部分酶学性能。结果表明：固定化菠萝蛋白酶的质量受海藻酸钠质量分数、固定化酶量、固定化时间以及CaCl2质量分数的影响,其最佳固定化条件为：海藻酸钠质量分数1．0％,CaCl2质量分数3％,固定化酶液量与海藻酸钠体积之比1：2,固定化时间60min,在此条件下,制备的固定化菠萝蛋白酶的比活力为211．8U／g（湿质量载体）,由此制得的固定化酶的最适pH为7．6,与游离酶相比,升高了0．8个pH单位,同时显示固定化菠萝蛋白酶能耐受较高的碱性环境,固定化酶最适温度与游离酶相同,均为50℃,固定化酶在较高温度范围内,仍能保持较高的相对活力。     

以环氧乙烷为活性基的多孔颗粒状固定化青霉素酰化酶的制备

报道了用以环氧乙烷为活性基的多孔颗粒状载体（Eupergit-C）制备固定由巨大芽孢杆菌（B．megaterium）产生的青霉素酰化酶的研究。用已二胺,赖氨酸对载体进行化学修饰后制备固定化酶,获得了较好的固定结果。用未修饰的载体制备固化酶,经24h固定反应,酶活力达176．5IU／g（wet）,酶活力总叫率达53．7％,酶蛋白的固定量为19＝7mg/g（dr）,酶蛋白的固定效率达87．5％。游离酶的酶浓度对制备固定化酶的活力无显影响。当加酶量从312IU/g（dry）上升到6250IU／g（dry）时,固定化酶活力从89IU／g(wet）上升到475IU／g（wet）,总收率和固定化效率分别从99％和99％下降到26．5％和32．5％,酶蛋白的固定量从6．9mg/g（dry）上升到112mg/g（dry）,酶蛋白的固定效率从99％下降至80．5％。以酶活力为155IU/g(wet）,酶蛋白固定量为22mg/g(dry）的固定化酶水解青霉素G钾盐,经过20批循环水解后,剩余酶活力为92．5％。     

Eupergit C250L固定化D-海因酶及其催化性质

D-海因酶是海因酶法制备D-氨基酸的关键酶。利用Burkholderic cepecia1003菌发酵产酶,所得海因酶纯化后,以Eupergit C250L为载体进行共价固定化。分别考察了酶液蛋白浓度、固定化时间对蛋白固定量和酶活回收率的影响以及固定化前后海因酶催化性质的变化。结果表明:较高的酶液蛋白浓度和较长的固定化时间均有助于改善海因酶的固定化效果;固定化可显著提高海因酶的最适作用温度,但对其最适作用pH影响不大;固定化后海因酶对D,L-BH和MH的米氏常数均有较大幅度的降低。固定化酶反应器的实验表明:40℃下,底物(D,L-BH)1.0 g.L-1,体积流速1.0 mL.min-1,经21 h转化,产物N-Phe质量浓度可达0.47 g.L-1,转化率达43.21%。     

CO2生物转化关键酶固定体系构筑研究进展与挑战

酶催化CO₂还原制备高值化学品对缓解全球环境和能源危机具有重要意义,利用甲酸脱氢酶(formate dehydrogenase,FDH)或多酶级联还原CO₂制备甲酸/甲醇具有选择性高、条件温和的优势,但关键酶活性低、稳定性差和重复利用率低的问题限制了其规模化应用,酶的固定化为这些问题提供了有效解决方案。本文总结了近年来利用膜、无机材料、金属有机框架和共价有机框架等载体对酶进行固定化的研究进展,阐释了不同固定材料和固定方式的特点和优势;进一步总结了固定化酶与电催化或光催化耦联反应体系对CO₂还原的协同效果及应用,同时指出酶固定化技术和耦联反应体系目前存在的问题并对其发展前景进行了展望。