磷脂酶D催化合成磷脂酰甘油液—固反应体系的研究

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磷脂酶D(Phospholipase D,PLD)作为磷脂酰转移反应的生物催化剂,通常用来催化自然界含量相对丰富的卵磷脂或磷脂酰胆碱(Phosphatidylcholine,PC)以合成各种具有功能性的,且纯度高的单一磷脂、稀有磷脂和新型磷脂类衍生物,如磷脂酰甘油(Phosphatidylglycerol,PG),在临床医学上,PG通常被用于肺部疾病诊疗,其可降低肺泡表面张力,维持肺泡结构和功能的稳定;具有较好的乳化效果,常与其他乳化剂配合,对食品进行乳化;合成的PG还可作为药物载体,实现药物靶向给药。本文即以PLD催化PC进行磷脂酰基转移合成PG,探究两种液-固体系对磷脂酰基转移反应的影响。其一:引入生物印迹技术,通过印迹预处理将酶过度活化,但由于印迹诱导的构象变化在水存在下可完全擦除,鉴于此,结合传统固定化方法,将PLD吸附并沉淀于无孔纳米二氧化硅载体表面,再加入交联剂,通过分子内及分子间交联形成覆盖在载体纳米二氧化硅表面的“酶网”。生物印迹与传统固定化方法组合以达到提高PLD活性和选择性。之后,印迹固定化酶作为反应体系固相,PC溶于有机相中,底物与印迹固定化酶溶于水相,构建液-液-固体系催化PC进行磷脂酰转移合成PG。其二:考虑到磷脂产品用于药用及食品等领域,残留的有毒有机溶剂会对使用者以及操作人员身心健康造成伤害,增加环境污染,提高生产后处理成本等问题。水通常被公认为是最理想的反应介质,同时,据已报道文献可知,表面活性剂能和双亲性底物磷脂形成混合胶束来实现磷脂在水溶液中的分散。鉴于此,本实验小组构建了高效绿色环保的液-固相PLD催化反应体系。通过共价结合曲拉通(Triton X-100)的纳米二氧化硅载体在纯水相中实现PC吸附,载体上的PC在PLD催化下进行液-固界面磷脂酰基转移合成PG。主要实验结果如下:(1)以实验室筛选储存的链霉菌株发酵生产磷脂酶D,通过印迹、吸附、沉淀、交联四个主要过程制备出选择性好、稳定性高、催化性能优的印迹固定化酶。探究印迹固定化酶制备的最优工艺条件,结果如下:沉淀剂选择异丙醇,沉淀剂用量为4 mL,pH为5.5,底物摩尔比(甘油/PC)为65:1,交联剂戊二醛用量为320μL。在此条件下,固定化酶活力达1658.8U/gprotein。此外,对制备的印迹固定化酶进行性能评价,相较于游离酶,印迹固定化酶的温度耐受性、储存稳定性、操作稳定性均得到了显著地提高。(2)利用已制备的印迹固定化酶催化PC进行磷脂酰转移合成PG,探究了有机溶媒、pH、温度等主要因素对磷脂酰基转移反应的影响,得出合成PG的最优反应条件:有机溶媒选择乙醚,温度为35℃,pH为6.0,在此条件下合成PG,产率为73%。并对游离酶以及印迹固定化酶的磷脂酰转移反应过程进行酶促反应动力学模拟,拟合结果与实验数据基本吻合,表明酶与底物亲和力较好。(3)针对传统双液相使用有毒有机溶剂的问题,首次提出以醋酸缓冲液作为水相,共价结合曲拉通的载体纳米二氧化硅作为反应体系中的固相,在水相中实现对PC的吸附,PLD催化吸附于载体上的PC进行液-固界面磷脂酰转移反应合成PG。探究了载体表面曲拉通含量对PC的吸附情况,当载体表面曲拉通含量为8.5×10-8mol/g时,PC在载体上基本完全吸附,吸附率达98%,PG转化率达90.5%。其反应动力学符合PC限制的Michaelis-Menten方程。此外,探究了液-固体系反应的最佳工艺条件:反应温度为30℃,pH为6.0,对游离酶与载体进行回收再利用,游离酶重复利用7次后PG相对产率仍高达80%,载体使用16次后PC吸附量和PG产率均无明显下降。
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