限域空間內(nèi)固定化酶的界面活化及催化非專一性底物合成4H-吡喃藥物中間體.pdf

1、酶作為一種高效的生物催化劑，具有高效性、強專一性等特點，許多難以進(jìn)行的有機反應(yīng)在酶的催化下都能順利完成。然而，對于非專一性底物，酶催化往往無法實現(xiàn)其高效轉(zhuǎn)化。因此，如何調(diào)控酶結(jié)構(gòu)強化其對非專一底物的催化轉(zhuǎn)化是近些年來生物化學(xué)以及催化化學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點。本論文利用介孔二氧化硅材料構(gòu)筑固定化酶催化劑，利用限域空間內(nèi)固定化酶的界面活性效應(yīng)強化其對非專一性底物的催化活性。通過調(diào)控介孔二氧化硅的幾何微環(huán)境（孔道形狀、孔道尺寸）以及化學(xué)微環(huán)境（表

2、面親疏水性），深入研究限域空間內(nèi)固定化酶的界面活化效應(yīng)。主要研究工作如下:
　　1、利用具有二維六方孔道結(jié)構(gòu)的介孔SBA-15以及三維籠狀孔道結(jié)構(gòu)的介孔MCF作為載體，控制孔道尺寸相近的條件下(～11nm)，構(gòu)筑固定化黑曲霉脂肪酶催化劑SBA-15-ANL與MCF-11-ANL，關(guān)聯(lián)限域空間的孔道形狀與反應(yīng)活性。在催化非專一性底物對氟苯亞甲基丙二腈合成4-H吡喃類藥物的反應(yīng)中，固定化酶SBA-15-ANL(174.6U g-1)與

3、MCF-11-ANL(246.9U g-1)均得到了高于游離酶(64.2U g-1)的活性。利用熒光光譜和衰減全反射(ATR)-FTIR研究三級結(jié)構(gòu)和二級結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明不同孔道形狀載體對酶界面活化作用，界面活化作用依賴于限域效應(yīng)，三維籠狀MCF-11可以為酶提供更強的界面活化效應(yīng);
　　2、利用具有三維籠狀孔道結(jié)構(gòu)的介孔SBA-16和MCF作為載體，構(gòu)筑固定化黑曲霉脂肪酶催化劑，調(diào)控限域空間的孔道尺寸(8、11、23、31nm)，

4、關(guān)聯(lián)限域空間的孔道尺寸與反應(yīng)活性，深入研究限域空間內(nèi)固定化酶的界面活化效應(yīng)。在催化非專一性底物對氟苯亞甲基丙二腈合成4-H吡喃類藥物的反應(yīng)中，反應(yīng)活性隨著孔徑增加存在最優(yōu)值，當(dāng)孔道尺寸為11nm時，MCF-11-ANL催化活性高達(dá)246.9U g-1。熒光光譜研究表明活性依賴于三維結(jié)構(gòu)Trp微環(huán)境的極性，ATR-FTIR研究表明α-螺旋含量的增加量和β-轉(zhuǎn)角含量的減少量依賴于孔道尺寸，并給出了可能的活性位點氨基酸相對位置的變化情況以及對

5、底物在活性中心的結(jié)合方式;
　　3、利用具有三維籠狀介孔二氧化硅MCF表面羥基的可修飾性，分別對其表面進(jìn)行后接枝修飾不同鏈長的疏水烷基，構(gòu)筑了不同疏水性質(zhì)的化學(xué)微環(huán)境，用于催化非專一性底物對氟苯亞甲基丙二腈合成4-H吡喃類藥物的反應(yīng)中，與未改性載體MCF-23(173.3U g-1)的活性相比，甲基改性的微環(huán)境MCF-23-CH3-ANL的活性最優(yōu)(233.7U g-1)，但隨著疏水鏈的增長，活性會有一定程度的降低(121.9、9

6、2.2、54.8、33.5U g-1)，表明隨著疏水性進(jìn)一步增太強活性降低;利用熒光光譜和ATR-FTIR研究三級結(jié)構(gòu)和二級結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明界面活化作用隨著載體表面疏水性增加增強，疏水改性更有利于酶二級結(jié)構(gòu)的保持;
　　4、進(jìn)一步研究組裝催化劑MCF-23-ANL的重復(fù)使用性能，重復(fù)使用性研究表明使用5次后MCF-23-ANL仍然能保持72％的初始活性;底物普適性研究表明，MCF-23-ANL還可催化對硝基苯亞甲基丙二腈、對氯苯亞甲