氨基酸杂化纳米花模拟过氧化物酶检测谷胱甘肽的研究

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天然酶是具有高度专一性和高效催化活性的传统生物催化剂,广泛应用于食品加工、环境监测、医疗检测等领域,但天然酶的固有局限(易于变性,成本高,制备费力和回收困难)限制了其更广泛的应用。自1950年代以来,研究人员构建出了高度稳定、低成本的人工酶,旨在使用替代材料模仿天然酶。纳米酶作为一种新型人工酶,因其与天然酶和常规人工酶相比具有明显的优势(高催化活性、造价低廉、易于大规模生产),在过去二十年中引起了广泛的关注,被应用于生物传感、化学分析、食品工业等领域中替代天然酶。氨基酸杂化纳米花是一种具有代表性的纳米酶,由于其比表面积大、不易团聚、成本低廉、回收利用率高在生物检测领域具有很高的潜在应用价值。谷胱甘肽是一种广泛存在于生物体内的三肽,具有抗氧化和整合解毒作用。人体血清中谷胱甘肽水平的高低往往与许多疾病的发病机制有关,如阿尔兹海默症、恶性肿瘤、慢性肾衰竭、白内障等。因此,血清中谷胱甘肽水平的检测在疾病的早期诊断和病理分析中起着重要作用。而在众多检测谷胱甘肽的方法中,比色检测法具有简单、快速、灵敏等优点。因此本文构建了以D-氨基酸杂化纳米花为主体的比色检测系统,用于检测谷胱甘肽。具体研究内容如下:(1)合成并比较了19种D-氨基酸杂化纳米花模拟过氧化物酶的催化活性,选择比活力最高的D-异亮氨酸杂化纳米花使用扫描电子显微镜、拉曼光谱、固体紫外、X射线电子能谱对其进行表征。结果表明D-氨基酸是形成纳米花的关键,能够影响纳米花的形貌、结构以及元素组成。(2)以D-异亮氨酸杂化纳米花为代表探究D-氨基酸杂化纳米花的酶学特性。发现D-异亮氨酸杂化纳米花与天然过氧化物酶一样都遵循米氏方程,是一种过氧化物纳米酶。p H为4.0,温度为45℃时,该纳米花酶具有最大催化活性。当底物TMB浓度不变,改变H2O2的浓度时,得到Km值是1.02 m M,Vmax值是5.77×10-8 M s-1;当底物H2O2浓度不变,改变TMB的浓度时,得到Km值是2.71 m M,Vmax值是3.02×10-8 M s-1。较之天然过氧化物酶,该纳米花酶对底物H2O2具有更高的亲和力。(3)以D-异亮氨酸杂化纳米花为酶主体构建比色检测系统,快速、灵敏、方便的检测了溶液中谷胱甘肽浓度。该检测系统检测谷胱甘肽的线性范围为1-30μM,检测限低至95.52 n M,具备良好的特异性、稳定性及重复使用性,在临床诊断和治疗中具有广阔的发展潜力和市场前景。
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