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具有SOD和GPx活力的超分子双功能酶模型的构建

于双江  
【摘要】: 超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)共同组成了机体清除活性氧的酶学防线,其重要作用备受人们的关注。但天然酶因其稳定性差及来源有限等因素的限制,其应用受到极大制约。因此对抗氧化酶类的模拟研究便应运而生并蓬勃发展;许多优秀的抗氧化物酶模型不断被报道出来。但事实上,这类酶不仅在活力上相互协同有效保护细胞免遭氧化损伤,还能组成相互保护的防御群,这种协同作用对保持酶本身的稳定性和机体的正常代谢至关重要。因此如何构建具有高催化活性、良好水溶性和专一底物结合能力并具有双重抗氧化功能的人工酶成为我们的目标。 超分子化学和纳米科学的蓬勃发展为人工酶模拟提供了一个良好的平台。基于对天然抗氧化物酶结构及催化机制的理解,我们开展了如下的双功能人工酶的设计和研究工作: I基于小分子自组装的双功能人工酶的构建环糊精和金刚烷作为一对经典的主客体分子,已被广泛的应用于各种超分子结构的构筑。我们利用环糊精与金刚烷的主-客体相互作用,将具有GPx活性中心的碲酸化环糊精(2-CD-TeO3H)和具有SOD活性的金刚烷取代的四吡啶基卟啉锰(MnTPyP-M-Ad)通过主客体复合作用非共价地连接成双功能酶模型,并通过变温核磁证明了其形成和热稳定性。该酶模型构筑简单且具有良好的双酶活性,充分展现了自组装方法的优势所在。 II自组装SOD和GPx超支化聚合物双功能人工酶的构建底物识别专一性是酶的重要特征之一。为了更好的模拟天然酶的这一特性,我们设计用6-Te-diCD和MnTPyP-M-Ad自组装的方法构建超支化聚合物的双功能酶模型,以期用超支化组装体的孔结构来模拟天然酶的识别位点。实验证明:在组装体的SOD活力得以正常实现的同时,GPx活力由于孔结构的存在而比空腔被占的6-Te-diCD活性提高了1.4倍。 III具有温度响应的SOD和GPx智能双功能人工酶的构建为了实现对双功能酶模拟物活性的智能调控,我们设计合成了含有温度响应的聚N-异丙基丙烯酰胺和主体识别作用的β-CD的嵌段共聚物β-CD-PEG-b-PNIPAAm-Te,并通过与MnTPyP-M-Ad的组装,构建出了活力对温度敏感的SOD和GPx智能双功能人工酶。实验表明:温度改变时,该模型表现出稳定的SOD活力,同时由于聚N-异丙基丙烯酰胺的温度响应性能,使酶模型的GPx活力具有一定的可调节性,并在37°C展现出最大催化活力。


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