降糖相关双酶体系的构建和在天然活性成分筛选中的应用

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糖尿病是一种由胰岛素分泌不足引起的慢性代谢性疾病。开发α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶等糖尿病相关酶的抑制剂是当前有效的治疗方法之一。许多天然产物都具有降糖作用,但由于天然提取物成分复杂,从中筛选出降糖活性成分难度很大。基于靶点酶固定化技术的配体垂钓是近年来发展起来的一种从复杂天然提取物中快速筛选活性成分的方法。但是由于这一技术不能兼顾不同靶点或级联反应的活性成分,难免造成漏筛。为了解决这一问题,本论文构建了两种双靶点(α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶)固定化酶体系,并对其结构和在配体垂钓中的应用进行了系统的评价和研究,为未来的多靶点体系筛选和级联筛选奠定基础。本研究从合成单靶点磁性固定化α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶着手,采用多巴胺自聚合反应和共价结合法分别将α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶固定于Fe3O4上,合成了两种单一靶点的Fe3O4@PDA-α-淀粉酶和Fe3O4@PDA-α-葡萄糖苷酶磁性材料,并对材料进行了形貌、结构和酶学参数等表征和评价。结果表明,磁性固定化α-淀粉酶材料和磁性固定化α-葡萄糖苷酶的固载量分别为139.53μg/mg(占原始游离酶酶量的45.84%)和442.96μg/mg(占原始游离酶酶量的43.67%),酶活性分别为游离α-淀粉酶的23.64%和游离α-葡萄糖苷酶的26.00%。经过6次循环后固定化酶的酶活力仍为材料初始酶活力的53.90%和29.69%。以上结果证明本研究制备的磁性聚多巴胺共价固定化酶材料分散性好,具有较好的磁性性能,且具有一定的酶活性,操作稳定性好,可进行重复使用。将磁性固定化α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶分别用于香椿提取物的配体垂钓研究,经筛选、分离、结构鉴定和体外活性评价发现香椿中的1,2,3,4,6-五-O-没食子酰-β-D-葡萄糖(IC50=93.49±0.80μg/m L)和槲皮素-3-O-α-L-鼠李糖苷(IC50=333.83±8.58μg/m L)分别具有α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制活性。在两种单一靶点的磁性固定化酶的基础上,采用相同方法同时在Fe3O4上利用多巴胺自聚合共固定α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶。结果表明,在重复6次后固定化双酶中α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶酶活力分别为初始酶活力的58.11%和36.36%,且固定化双酶的磁性能较固定化单酶的磁性能变化更小,超顺磁性更为优异。在香椿提取物的配体垂钓中,该材料兼具了两种单一磁性材料的功能,一次性实现了两种功能的活性成分的筛选。为了进一步提高固定化双酶的性能,采用物理包埋和共价交联相结合的方法,成功构建了磁性聚多巴胺固定化双酶微囊。该体系的固载量、酶活力和重复使用性等性能都得到了提高。固载到材料上的α-淀粉酶是固定化单酶固载量的1.3倍,而固载到材料上的α-葡萄糖苷酶的是固定化单酶的5.7倍,且该包埋法制备得到的酶活力较前几种的酶活力都高,重复操作6次后仍保持很好的活性。用该材料筛选香椿乙酸乙酯部位的双酶抑制剂,得到了两种目标化合物。结果表明,包埋固定化双酶材料是一种较好的固定化双酶的方法,既可以提升固定化酶的性能,还可以同时固定两种不同的酶,从而能快速、直接的筛选得到多种活性成分,大大加快了天然产物在治疗糖尿病方面的发展。
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