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《北京化工大学》 2012年
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酶的几何微环境与催化性能

李金燕  
【摘要】:近几年,手性药物的在世界范围内的销售以大约13%的年增长率飞速增长。由于酶催化具有高的化学、区域和立体选择性,反应条件温和,副反应少的优点,被广泛用于制备光学纯度的化合物。但野生酶存在立体选择性不理想、作用底物范围窄等缺点。目前,在分子生物学领域,直接改变氨基酸组成有效提高了酶催化的立体选择性和催化活性,但是由于操作流程复杂、周期长、成本高,这种方法的广泛应用受到很大的限制;在化学和材料领域,通过调变酶的化学微环境在一定程度上提高了酶催化的立体选择性和催化活性,但是仍存在效果不理想和环境不友好等问题。所以,寻找更简单、绿色和有效的方法提高酶催化的立体选择性和催化活性一直是该领域的研究热点之一。本文提出将酶组装于不同孔径和不同孔道结构的介孔分子筛中,通过调变酶的几何微环境,提高酶的催化性能。 首先,合成了5个不同孔径大小的二维六方直型孔道结构介孔分子筛和2个不同笼大小的三维立方笼型孔道结构介孔分子筛,成功构建两类7种不同的几何微环境。然后,将酶组装在由不同孔径和不同孔道结构构成的不同几何微环境中,用于催化有机相中合成抗抑郁药物前体的转酯反应,研究了酶的几何微环境对其催化性能的影响。 1.不同孔径大小构成的几何微环境中,脂肪酶BCL的几何微环境与催化性能。 BCL组装在二维六方直型SBA-15孔道内,孔径大小与酶分子尺寸(动力学半径为7.5nm)相当的7.9nm SBA-15孔道内的酶催化活性高于组装在9.8nm SBA-15孔道内的催化活性,且是组装酶中活性最高的,但低于游离酶的活性。通过色氨酸Trp荧光光谱分析,BCL组装在7.9nm二维六方直型孔道SBA-15孔道内的Trp的微环境非极性增加,疏水性增强,BCL酶组装在其他的几何微环境中Trp的微环境极性增加,亲水性增强。由此得出酶的几何微环境可以影响酶的三维构象改变Trp的微环境的亲疏水性。结合酶的催化性能,可以得出当酶的几何微环境通过影响酶的三维构象提高Trp的微环境的疏水性时,对酶的活性有利。组装在不同几何微环境中的脂肪酶BCL保持了游离酶的高的立体选择性。 2.不同孔道结构构成的几何微环境中,脂肪酶PFL的几何微环境与催化性能。 进一步研究与BCL结构相似的脂肪酶PFL的几何微环境与催化性能的关系。组装在笼大小12.5nm三维立方笼型孔道结构SBA-16孔道内的PFL的催化活性最高,且是组装在孔径大小12.4nm二维六方直型孔道结构SBA-15孔道内的酶催化活性的7.5倍,是游离酶催化活性的4倍。通过Trp荧光光度分析,组装酶PFL的Trp微环境的疏水性均增强。由于脂肪酶PFL与脂肪酶结构相似,根据脂肪酶BCL几何微环境与催化性能的关系,可以推测PFL的几何微环境通过影响酶的三维构象增强Trp的微环境的疏水性,提高了酶催化的活性。 通过ATR-FTIR表征组装在不同几何微环境中组装酶的二级结构的变化。催化活性最高的是组装在笼大小12.5nm三维立方笼型孔道结构SBA-16孔道内的组装酶,其二级结构含量与游离酶最接近。酶的几何微环境使酶的α-螺旋和β-转角一定程度转变成的β-折叠和无规卷曲,提高酶催化活性;酶的几何微环境使这种转变超过一定限度后,就会降低酶的催化活性。由此可以得出,酶的几何微环境可以影响酶的二级结构,进而改变酶的催化性能。 组装在不同几何微环境中的脂肪酶PFL保持了游离酶的高立体选择性。 综上所述,酶的几何微环境可以通过改变酶的三维构象提高Trp的微环境的疏水性和影响酶的二级结构提高酶催化的活性。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:O643.32

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