细胞色素C的生物矿化以及多酶体系的构建和固载

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酶(蛋白质)被公认为是天然的绿色催化剂,具有高效性和专一性,通常被用作为工业催化剂,在医药、精细化工、生物传感和环境等领域都有着广泛的应用前景。尽管如此,酶的应用往往因为苛刻的催化和储存环境、高成本以及难以重复利用等因素而受到限制。目前,基于不同材料的优良性能,将酶分子固定在这些材料基质上,从而实现酶固载是充分发挥酶的实际应用的一个可行性方案。在本论文的研究当中,我们选择了高效而简单的生物矿化法,通过2-甲基咪唑(Im)和CuSO4与细胞色素C(Cyt c)以生物矿化的形式自组装构建生物复合材料Cyt c@Cu(Im)2来实现对Cyt c的固载,实现了催化反应速率显著地提高。于此,我们通过热激响应Cyt c同步进行生物矿化后,制备出生物复合材料*Cyt c@Cu(Im)2,实现了Km值从21 mM到10 mM的近一半的降低。同时,在长期储存以及有机溶剂乙醇的孵化过程中,Cyt c@Cu(Im)2和*Cyt c@Cu(Im)2展现出良好的稳定性,并且在经过5次重复利用后,它们的剩余活性分别能达到35%和18%。同时,我们通过将葡萄糖氧化酶(GOx)引入到高活性的Cyt c@Cu(Im)2的矿化体系当中,制备出GOx&Cyt c@Cu(Im)2这种多酶级联反应的生物复合材料,实现了Kcat约29倍的增加。GOx&Cyt c@Cu(Im)2不仅实现GOx&Cyt c级联催化活性的提升,而且也对葡萄糖展现出良好的特异性检测,并且对葡萄糖的检测限(LOD)能够达到0.7μM。同时,我们通过GOx&Cyt c@Cu(Im)2对常见碳酸饮料中葡萄糖含量进行了检测分析,结果发现:芬达为2.86 g/100 mL、雪碧为3.19 g/100mL以及可口可乐为2.33 g/100 mL。此外,我们还对不同生物矿化材料进行了系列的表征:如SEM和XRD分析都反映了不同生物复合材料微观结构存在的明显差异;通过对包覆酶材料进行FTIR特征峰的检测,以及在TG分析过程中载酶材料的失重率偏高,都为酶被包覆在Cu(Im)2材料当中提供了依据;我们也通过对荧光标记的酶固载材料的荧光成像分析,更加直观地确定了酶固载在材料基质当中的事实。
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