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《河南大学》 2016年
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非蛋白型纳米自组装模拟过氧化物酶研究

张钰帅  
【摘要】:本文采取自组装法制备出两种不含蛋白的纳米模拟过氧化物酶,即羟高铁血红素-组氨酸-咪唑三元复合物模拟酶和羟高铁血红素-组氨酸-十烷基硫酸钠复合物胶团模拟酶。这两种成功构建的模拟过氧化物酶均由铁卟啉化合物血红素和一些化学材料咪唑,组氨酸,表面活性剂十烷基硫酸钠组成。这些材料在水溶液中发生自组装,从而形成均相的模拟酶溶液。第一部分,采用紫外可见光谱法和傅里叶红外光谱法等现代光谱学技术对羟高铁血红素-组氨酸-咪唑三元复合物模拟过氧化物酶进行催化反应速率,结构改变,酶动力学参数,自杀性失活速率常数及氨基酸和金属离子对其影响的测试。将羟高铁血红素、组氨酸和咪唑在磷酸盐缓冲溶液中自组装成纳米结构的三元复合物模拟过氧化物酶(Atificial Peroxidase,AP)。该模拟酶具有过氧化物酶的催化特性,它能很好地催化过氧化物酶底物愈创木酚或ABTS和过氧化氢发生氧化还原反应。根据模拟过氧化物酶催化双底物反应这一特性,测试模拟过氧化物酶的各个组分羟高铁血红素,组氨酸和咪唑的浓度及外部条件酸碱度,几种金属离子和氨基酸对模拟过氧化物酶的影响。研究发现:在一定羟高铁血红素浓度范围内,模拟过氧化物酶的表观活性随着其浓度增加而增大;在一定组氨酸或咪唑浓度范围内,模拟过氧化物酶的表观活性随着组氨酸或咪唑浓度浓度增加先增大后减小。pH 9.0时,模拟过氧化物酶的表观活性达到最大,说明pH 9.0是其最适pH值。金属离子Fe3+,Fe2+,Co2+和半胱氨酸(Cysteine,Cys)对模拟过氧化物酶的表观活性影响较大,其中Fe3+和Cys通过破坏模拟过氧化物酶的结构进而使其失活;Fe2+和Co2+通过其他因素影响模拟过氧化物酶的催化活性。在pH 9.0 50 mmol·L~(-1)磷酸盐缓冲溶液中,检测出模拟过氧化物酶酶促动力学参数:米氏常数Km、催化速率常数Kcat及催化效率分别为5.02μmol·L~(-1)、0.081 s-1、0.0162L·μmol-1s-1,其催化效率为天然辣根过氧化物酶的22.3%;在pH 7.0 50 mmol·L~(-1)磷酸盐缓冲溶液和高浓度过氧化氢(10 mmol·L~(-1))中,测得模拟酶自杀性失活速率常数ki为4.3813 min-1,为模拟酶代替天然酶提供理论依据。第二部分,通过循环伏安法和线性伏安法等电化学分析技术对胶团模拟过氧化物酶(Micelle Atificial Peroxidase,MAP)进行电化学特性和电催化特性等方面的测试。利用血红素,组氨酸与阴离子表面活性剂十烷基硫酸钠形成的纳米胶团自组装成胶团模拟过氧化物酶(MAP)。采用壳聚糖薄膜将胶团模拟过氧化物酶固定于羟基化富勒烯的玻碳电极上,通过循环伏安法和线性伏安法等研究方法对其检测。研究表明,胶团模拟酶与电极表面之间能够有效地发生单电子转移,电子传递速率ks为1.96 s-1,胶团模拟酶在电极表面的电活性物质为9.10×10-9 mol·cm-2;对修饰电极的电催化能力检测,发现过氧化氢有良好的响应,检测极限为32μmol·L~(-1),线性关系在300μmol·L~(-1)~1700μmol·L~(-1)范围内显著;胶团模拟酶的表观米氏常数Km app为1.08 mmol·L~(-1);为研制和开发模拟酶生物传感器的提供理论依据。
【关键词】:血红素 化学材料 模拟过氧化物酶 光谱学 电化学
【学位授予单位】:河南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:Q814
【目录】:
  • 摘要4-6
  • ABSTRACT6-10
  • 英文缩略语表10-11
  • 1 引言11-21
  • 1.1 模拟酶的概况11-13
  • 1.1.1 模拟酶的定义11
  • 1.1.2 模拟酶的特点11-13
  • 1.1.3 模拟酶的展望13
  • 1.2 模拟过氧化物酶的研究类型13-14
  • 1.2.1 辣根过氧化物酶型模拟酶14
  • 1.2.2 纳米酶型模拟酶14
  • 1.3 本论文模拟过氧化物酶的构建材料14-17
  • 1.3.1 铁卟啉化合物14-15
  • 1.3.2 组氨酸和咪唑15-16
  • 1.3.3 十烷基硫酸钠16-17
  • 1.4 本研究模拟酶的研究方法17-18
  • 1.4.1 光谱学分析法17
  • 1.4.2 模拟过氧化物酶的活性测定方法17-18
  • 1.5 本论文研究目的及思路18-21
  • 2 血红素-组氨酸-咪唑纳米复合物模拟过氧化物酶光谱学研究21-41
  • 2.1 实验部分22-27
  • 2.1.1 实验仪器22
  • 2.1.2 主要实验试剂22
  • 2.1.3 主要试剂配制22-23
  • 2.1.4 实验步骤23-27
  • 2.2 结果与讨论27-39
  • 2.2.1 模拟过氧化物酶的酶促反应过程27-28
  • 2.2.2 血红素的浓度对模拟过氧化物酶的表观活性影响28-29
  • 2.2.3 组氨酸和咪唑的浓度对模拟过氧化物复合物的表观活性影响29-30
  • 2.2.4 傅里叶红外光谱法对模拟过氧化物复合物的测试30-31
  • 2.2.5 酸碱度对模拟过氧化物酶的表观活性影响31-32
  • 2.2.6 模拟过氧化物酶的酶动力学参数测试32-35
  • 2.2.7 高浓度过氧化氢对模拟过氧化物酶的影响35-37
  • 2.2.8 金属离子对模拟过氧化物酶的影响37-38
  • 2.2.9 三种氨基酸对模拟过氧化物酶的影响38-39
  • 2.3 结论39-41
  • 3 胶团模拟过氧化物酶电化学研究41-53
  • 3.1 实验部分42-45
  • 3.1.1 实验仪器42
  • 3.1.2 主要实验试剂42
  • 3.1.3 主要试剂配制42-43
  • 3.1.4 实验步骤43-45
  • 3.2 结果与讨论45-52
  • 3.2.1 循环伏安法测试不同修饰化电极45-46
  • 3.2.2 磷酸盐缓冲溶液酸碱度对全修饰化电极Chi/MAP/HFs/GCE的影响46-47
  • 3.2.3 全修饰电极Chi/MAP/HFs/GCE不同扫速循环伏安测试47-48
  • 3.2.4 不同修饰化电极对过氧化氢的响应检测48-52
  • 3.3 结论52-53
  • 参考文献53-60
  • 致谢60-61
  • 攻读学位期间发表学术论文61-62

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