仿生固定化酶制备及其催化特性研究

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1、摘要载体理性设计和制备是固定化酶领域的研究热点和前沿。本文借鉴酶在生物体中的存在形式，模仿细胞的多层结构，通过成分仿生、功能仿生和过程仿生设计和制备了核壳结构微囊，用于包埋D．D．葡萄糖醛酸苷酶(GUS)，催化天然成分黄芩苷的高值转化。通过系统考察微囊液核、壳膜和杂化壳壁的结构和制备条件对GUS活力和稳定性的影响，尝试提出仿生固定化酶载体的制备原则。首先，模仿细胞液的成分和功能选用三种具有不同电性的多糖(羧甲基纤维素钠、甲基纤维素和羧甲基壳聚糖钠)作为仿生微囊的液核，经比较可知，与酶分子具有静电排斥作用的多糖更有利于酶构象、活力的维持和酶稳定性的

2、提高；然后，模仿细胞膜的结构和功能构建仿生微囊的壳膜。在适宜的制备条件下，多孔的海藻酸钙壳膜可在保证底物和产物自由扩散的同时，有效防止酶的泄漏；模仿硅藻细胞壁的形成过程和功能，首次利用精蛋白调控微囊表面的仿生硅化，形成规整的精蛋白／氧化硅杂化壳壁，完全抑制了微囊的溶胀，有效提高了微囊的重复使用稳定性。此外，还首次研究了精蛋白在仿生硅化过程中的催化作用和模板作用，并对仿生硅化的机理进行了初步探讨。最终确定以羧甲基纤维素钠为仿生微囊的液核，制备出具有海藻酸／精蛋白壳膜和精蛋8／氧化硅杂化壳壁的微囊(APSi微囊)，并用于包埋GUS，催化黄芩苷转化为黄

3、芩素。其中羧甲基纤维素钠液核能够模仿GUS在生物体中的负电环境，提高GUS的活力和稳定性，尤其是在酸性条件下的pH稳定性和储存稳定性；海藻酸／精蛋白壳膜和精蛋白／氧化硅壳壁可实现GUS的高效包埋，防止GUS泄漏，同时提高了固定化GUS在碱性条件下的pH稳定性和重复使用稳定性。GUS在APSi微囊中的包埋率为69％，酶活力表现率为125％；在极端pH条件下，固定化GUS仍能维持85％以上的相对酶活力；储存26天后固定化GUS的相对酶活力仍高于90％；重复使用10次，固定化GUS的酶活力仍无明显下降：在37℃和pH7．0的条件下利用APSi微囊固定化

4、的GUS水解黄芩苷，所得黄芩素的产率高达73％。关键词：仿生微囊；精蛋白；固定化13-D一葡萄糖醛酸苷酶；黄芩苷；黄芩素ABSTRACTThekeyproblemforenzymeimmobilizationistherationaldesignandpreparationofcarrier．Inthisstudy,acore—shellstructuredcapsulewasdesignedbymimickingthestructure，component，function，andformationprocessofmulti-layeredc

5、ell．p-D—glucuronidase(GUS)encapsulatedinthisbiomimeticcapsulewasutilizedfortheenzymaticconversionofbaicalintobaicalein．Thepreparationconditionsofcapsulecore，shellmembraneandshellwallweresystematicallyinvestigated，andtheireffectsontheactivityandstabilityofencapsulatedGUSwereex

6、tensivelystudied．Finally，theguidelineforefficientlypreparingcore—shellstructuredcapsulecarrierwastentativelyproposed．‘Thecationic，neutralandanionicpolysaccharideswereseparatelyactedastheliquidcoreofbiomimeticcapsulebymimickingthecomponentandfunctionofcellsap．Itwasfoundthatthe

7、electrostaticrepulsioninteractionbetweenthepolysaccharideCOreandtheenzymeenhancedtheenzymeactivityandstability．Theshellmembraneofbiomimeticcapsulewasthenfabricatedbymimickingthestructureandfunctionofcellmembrane．Undertheoptimumpreparationconditions，theporousCa—alginatemembran

8、eofthecapsulecouldnotonlyconfinetheenzymeinsidebutalsopermitthesubst