海洋芽孢杆菌(EYB-5)酯酶ETM-b的分离制备和固定化研究

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微生物酯酶ETM-b,由海洋芽孢杆菌(Bacillus,EYB-5)分泌产生,本文针对酯酶的分离制备和固定化、游离酯酶和固定化酯酶的酶学性质、催化动力学和热失活动力学进行了系统研究,以期为进一步研究海洋酯酶ETM-b及其固定化酶的酶学特性提供基础。   海洋芽孢杆菌EYB-5胞内存在两种酯酶同工酶ETM-a和ETM-b。将菌体破碎后低温高速离心(10000r/min,25min,4℃)得到粗酶液,粗酶液再通过超滤浓缩、硫酸铵盐析、Phenyl Sepharose Fast Flow疏水层析、Q Sepharose Fast Flow离子交换层析和凝胶柱层析可有效分离得到酯酶ETM-b。   采用海藻酸钠包埋法、明胶包埋交联法、壳聚糖吸附交联法固定化海洋芽孢杆菌酯酶ETM-b,比较了三种固定化方法的效果。其中海藻酸钠制备的固定化酶活性回收率较低,在磷酸盐缓冲液中小球容易破裂;明胶固定化酶活性回收能达到66%以上,但操作稳定性差,使用4次后不能回收;壳聚糖固定化酶使用10次,相对活性保留70%,具有良好的操作稳定性、机械强度高,固定化效果好,选取壳聚糖作为固定化载体。采用中心复合设计对壳聚糖吸附交联法固定化酯酶的条件进行了优化,得到最佳固定化条件:2%壳聚糖溶液制成小球后,小球与酶液按4.3∶3(g/mL)质量体积比混合,吸附30min后,以0.11%的戊二醛溶液交联63min,活性回收74.08%。   与游离酶相比,固定化酯酶ETM-b最适pH值向酸性方向偏移,由8.0降低到7.0,最适温度由50℃提高到60℃。pH稳定性范围由pH6-11扩大到pH3-11、温度稳定性范围提高了20℃,此外固定化酶的贮藏稳定性也得到很大提高,4℃下保存60天,固定化酶活性能保留80%。Na+、K+、Ca2+、Li+、Mn2+对酯酶和固定化酶有不同的激活作用,Mg2+对酯酶的作用不明显。Fe2+、A13+、Zn2+、Ba2+、Cu2+、Fe3+和Ag+对酯酶和固定化酶有抑制作用,Zn2+、Cu2+、Fe3+和Ag+的抑制作用最为显著。用壳聚糖制备的固定化酶在非水介质中具有转化α-乙酸萘酯的能力,在选择的16种有机溶剂中,固定化酶在异辛烷、正辛烷、正己烷中活力最高。   在最适条件下,酯酶和固定化酶催化α-乙酸萘酯的反应都遵Michaelis-Menten方程式,游离酶:Km=0.329mmol/L,最大反应速率Vmax=6.28 mol/L-min;固定化酶:Km=1.643 nmol/L,最大反应速率Vmax=6.29 mol/L·min。酯酶ETM-b经固定化后Km相比游离酶有所增大,酯酶与底物的结合能力减弱。Zn2+和Cu2+对固定化酶有显著的抑制作用,当Zn2+和Cu2+的浓度达到10mmol/L时,酶活损失严重,活性仅能保留5%以下。通过研究Zn2+和Cu2+对固定化酶动力学的影响可知,Zn2+对酯酶具有非竞争性抑制作用,Cu2+对酯酶产生竞争性抑制作用。   深入研究了酯酶和固定化酶的热失活动力学,酯酶在60℃、70℃下、固定化酯酶在70℃、80℃下的热失活动力学符合一级失活动力学模型(R2>0.99)。酯酶经固定化后,70℃热失活动力学常数由0.203min-1减小到0.092min-1,半衰期由3.10min增大到7.43min,80℃时热失活动力学常数为0.153min-1,半衰期为4.39min,固定化酶的热稳定性提高。由上可知,游离酯酶在小于60℃、固定化酶在小于80℃时能得到很好的应用。
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