论文摘要
酶作为一种绿色高效的催化剂,往往在生化反应中起到关键作用。由于天然酶难以在反应过程中对其催化活性进行控制,因此如何构建活性可控的智能酶引起了人们的研究兴趣。到目前为止,人们将刺激响应性基团和酶结合构筑出了对光、温度、离子浓度、磁力、外界拉力和氧化还原等刺激具有响应性的智能酶。其中光调控型智能酶以其非侵入性、时空特异性和无污染性的调控方式引起了人们的关注。然而目前多数的光调控型智能酶是通过化学修饰或基因编码技术将偶氮苯类似物、螺吡喃基团或光敏蛋白结构域与酶结合构建而成的,通常需要紫外光或蓝光等高能激光来对光敏基团进行控制。其制备过程复杂,成本较高,难以达到开关程度的控制,而且紫外光或蓝光的生物安全性低、组织穿透能力也比较差,不适合用于活体研究。为了解决以上问题,本文介绍了一种可以使酶的活性在近红外光的控制下可逆地关闭和打开的方法。以糖化酶、蛋白酶K和脱氧核糖核酸酶I等底物为大分子的酶为模型,通过化学还原法在酶的内部合成具有光热转换作用的超小铂纳米粒子,并在酶的表面接枝由丙烯酰胺和丙烯腈单体通过自由基原位聚合而成的具有高临界温度的温敏共聚物,最终得到了偶联糖化酶、偶联蛋白酶K和偶联脱氧核糖核酸酶I。通过改变丙烯酰胺和丙烯腈两种单体的比例,我们合成了相转变温度分别为15.6℃、27.1℃、40.3℃和46.9℃的四种偶联糖化酶样品。当样品温度低于其相转变温度时,温敏聚合物发生聚集,阻断了酶活性中心与底物的接触,从而有效地抑制了酶的活性。当近红外光照射时,铂纳米粒子将光能转换为热能,使温敏聚合物的温度升高到相转变温度以上,聚合物发生相变,底物和酶活性中心接触并被催化。偶联糖化酶在经过近红外光照射后,催化水解淀粉的活性最高能提高至未照射时的50倍,并在经过6次开关循环后仍保持了60%以上的初始酶活。利用糖化酶,葡糖氧化酶和辣根过氧化物酶的酶联反应,我们将偶联糖化酶应用于光刻成像,并使用近红外光成功打印出了不同颜色和形状的图案。酶活检测结果表明,偶联蛋白酶K以及偶联脱氧核糖核酸酶I对蛋白质和质粒等底物的催化活性在近红外光照射后分别提高了22和61倍,证明本方法在不同生物酶中具有普适性。综上所述,本研究提供了一种制备简便,能够可逆开关控制酶活性的方法。本方法将光热转换纳米材料和温度响应性聚合物结合,使用组织穿透能力更强,生物安全性更高的近红外激光代替紫外光和蓝光等高能激光,实现了光照可逆开关控制酶活。研究结果表明,本方法可应用于光刻成像,并在生物治疗中有潜在的应用价值。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 张松
导师: 程义云
关键词: 酶催化,光控,开关控制,近红外光,高临界温度
来源: 华东师范大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 生物学
单位: 华东师范大学
分类号: Q55
总页数: 73
文件大小: 4372K
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