交联固定化磷脂酶D催化性能及动力学研究

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磷脂酶D催化磷脂酰基转移反应是合成高纯度功能性磷脂产品的关键技术。通过固定化可以实现酶的回收利用,减少酶消耗,降低成本。因此可将磷脂酶D固定化后应用于磷脂酰基转移反应中。然而,固定化后由于载体的介入或酶自身空间构象的改变,增大了反应过程传质阻力的影响。同时,反应过程还存在着水解与转磷脂酰基之间的竞争,对目标产物的生成速率和收率带来影响。因此,正确地评价固定化磷脂酶D的转磷脂酰基反应效果,掌握固定化磷脂酶D的催化反应规律,优化反应条件,并对其反应动力学进行研究势在必行。本文对本实验室自主制备的吸附-聚集-交联固定化磷脂酶D(酶活力:6.37U/mg)和交联磷脂酶D聚集体(酶活力:28.62U/mg)的催化反应性能进行研究,以催化磷脂酰胆碱(PC)转磷脂酰基生产磷脂酰乙醇胺(PE)为评价模型,确定两种固定化酶转磷脂酰基反应的最优条件,在此基础上,对两种固定化酶的催化反应动力学进行研究比较。为后续固定化磷脂酶D的工业化应用提供技术支持和理论指导。本实验室通过对传统吸附-交联固定化方法的改进,引入沉淀剂的作用,提出酶的吸附-聚集-交联固定化法(Adsorbing-Aggregating-Cross-Linking method)。并采用此方法制备得到了酶活力高,稳定性好的固定化磷脂酶D,本文首先对吸附-聚集-交联固定化磷脂酶D的催化性能进行研究,确定出此固定化酶用于转磷脂酰基反应的最佳条件为:以乙醚为有机相,温度30℃,pH=6;同时,对固定化磷脂酶D的基础动力学因素进行考察,确定了实现最佳反应速率的底物PC浓度为1mM,乙醇胺(EA)浓度为50mM,固定化酶用量为0.5g,摇床转速为200rpm。在此条件下,固定化酶的最佳反应速率能够达到8.37μmol/min·mg。同时,对反应过程的动力学参数进行拟合和模拟,发现,在最优的反应条件和动力学参数下,此固定化磷脂酶D催化磷脂酰转移反应中伴随的水解反应基本可以忽略。这将为固定化磷脂酶D的应用提供更加广阔的平台。另外,对本实验室制备得到的无载体交联磷脂酶D聚集体的催化性能及动力学进行研究。得到交联磷脂酶D聚集体催化磷脂酰基转移反应的最佳反应条件为:温度32℃,pH=7,有机溶剂为乙醚,此条件下得到的基础动力学参数为:底物PC浓度为1mM,EA浓度为50mM,固定化酶用量为0.2g,摇床转速为150rpm。在此条件下,固定化酶的最佳反应速率能够达到38.42μmol/min·mg。同时,对反应过程的动力学参数进行拟合和模拟,发现,此固定化酶催化转磷脂酰基反应中水解反应的影响也很小,可见,磷脂酶D固定化后,明显提高了对底物的选择特异性。对前两章的实验结果进行比较,固定化酶制备方法及原理不同,其催化反应的动力学参数也必然发生变化,因此通过对酶促反应动力学模型的理论分析,在初步判定内外扩散对反应影响的同时,分别测定AACL法和CLEA法固定化磷脂酶D催化磷脂酰转移反应过程中,不同双底物浓度下的反应速率,求出动力学模型中的平衡常数,并采用Matlab语言对动力学方程进行模拟,模型能直观地反映酶促动力学反应的过程,为后续扩大应用提供可靠理论依据。
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