CN107177584A - 用于青霉素合成的整体型固定化酶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于青霉素合成的整体型固定化酶的制备方法。对堇青石预处理后,在堇青石蜂窝陶瓷表面进行多巴胺修饰,固定青霉素酰胺酶(PGA),随后经APTES聚合后在其表面形成有机硅层,得到有机硅/PGA/聚多巴胺/堇青石整体柱即为用于青霉素合成的整体型固定化酶。利用聚多巴胺和酶为模板,在其表面形成一层有机硅,通过SEM验证了表面有机硅的成功合成,有机硅经过一定时间固化,硬度减小。通过改变制备过程中氨基丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)聚合时间,可调控有机硅层厚度,进而获得不同具不同青霉素催化效率的整体型固定化酶。特别是,有机硅层厚度越厚,酶活回收率越低。
Description
技术领域
本发明涉及用于青霉素合成的整体型固定化酶的制备方法,属于固定化酶制备技术。
背景技术
近年来,整体柱越来越多用于催化剂载体,堇青石蜂窝陶瓷(cordieriteceramics)具有良好化学稳定性及机械强度,其内部结构有大量孔隙结构,压降低,且堇青石工业化程度高,价格便宜。堇青石蜂窝陶瓷是由平行通道组成的均匀整体柱,可制成不同尺寸和大小。PDA能粘附在几乎所有材料的表面,利用PDA对堇青石表面改性能为PGA的固定提供了多个结合位点其生产成本低,有很强的热稳定和机械稳定性。氧化硅是固定化酶的常用载体,氧化硅涂层常用于合金、钢铁、金属等表面。生物矿化可以形成氧化硅纳米粒子,也可在平面薄片、微球、纳米球表面形成涂层。在纳米材料和二维材料表面可控生成氧化硅涂层有很多潜在的应用,如多相催化、生物传感、细胞培养等。
青霉素G酰化酶(EC3.5.1.11;PGA;7.0×5.0×5.5nm3),又称为青霉素氨基水解酶,青霉素酰胺酶。PGA作为工业酶的潜力就得到几大制药公司认可,同时PGA作为工业催化剂用于大量生产合成半合成抗生素的β-内酰胺母核6-氨基青霉烷酸(6-APA)和7-氨基脱乙酰氧基头孢烷酸(7-ADCA)。PGA是工业上催化水解青霉素G钾盐生产半合成抗生素中间体6-APA的关键酶。
以聚多巴胺修饰的堇青石蜂窝陶瓷为载体固定化PGA,利用该涂层诱导正硅酸乙酯(TEOS)和3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)在其表面进行水解缩聚,形成有机硅纳米涂层,进而构建固定化酶微反应器。有机硅纳米涂层能有效保护酶分子,提高其结构稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供用于青霉素合成的整体型固定化酶的制备方法。本发明制备原料廉价、易得,制备工艺简单易行。
本发明提出的用于青霉素合成的整体型固定化酶的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将堇青石以体积比为1:8置于2.5mol L-1盐酸中,在60 90℃的温度下超声处理至少3h,将堇青石取出并用去离子水冲洗3 5次,并确保堇青石表面为中性;随后将堇青石在100℃真空干燥箱中真空干燥至少3h;
步骤二、将经过步骤一预处理后的堇青石以体积比为1:8置于浓度为2 10mg mL-1的多巴胺的tris-HCl缓冲液中,多巴胺的tris-HCl缓冲液中所用的tris-HCl缓冲液的pH为7.8;于100r min-1摇床上反应2h,得到聚多巴胺/堇青石,取出后用去离子水清洗3次;
步骤三、将步骤二得到的聚多巴胺/堇青石以体积比为1:20置于0.5mg mL-1青霉素酰胺酶(PGA)的tris-HCl缓冲液中,于100r min-1摇床反应2h;收集上清液,并用pH 7.8的tris-HCl缓冲溶液清洗3次;得到PGA/聚多巴胺/堇青石;
步骤四、将步骤三得到的PGA/聚多巴胺/堇青石以体积比为5:9置于pH 7.8的tris-HCl缓冲液中,加入体积浓度为0.47%的正硅酸乙酯,于100r min-1摇床上反应1h,再加入体积比为0.12%的氨基丙基三乙氧基甲硅烷,继续在该摇床上反应4.5~15h,取出固体物,用tris-HCl缓冲液清洗3次,最终得到的有机硅/PGA/聚多巴胺/堇青石即为整体性固定化酶。
步骤四中,继续在该摇床上反应的时间优选为4.5h。
与现有技术相比,本发明提出的一种用于青霉素合成的整体型固定化酶的制备方法,制备原料廉价、易得,制备条件温和,通过改变制备过程中有机硅的缩聚时间,可调控有机硅层厚度,进而获得不同活性固定化酶。较现有技术制备的整体型固定化酶,本申请中所制备的固定化酶稳定性显著提升。
附图说明
图1为实施例1中制得的一块堇青石和一块聚多巴胺/堇青石的光学图片;
图2为实施例1中制得的一块PGA/聚多巴胺/堇青石整体柱的扫描电镜(SEM)照片;
图3为实施例1制备的有机硅/PGA/聚多巴胺/堇青石整体柱的扫描电镜(SEM)照片;
图4为实施例2制备的有机硅/PGA/聚多巴胺/堇青石整体柱的扫描电镜(SEM)照片;
图5为实施例3制备的有机硅/PGA/聚多巴胺/堇青石整体柱的扫描电镜(SEM)照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述,所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明,并不用以限制本发明。
实施例1、制备有机硅/PGA/聚多巴胺/堇青石整体柱,步骤如下:
步骤一、将五块规格均为10×10×25(mm)的堇青石置于100mL 2.5mol L-1的盐酸中,在80℃下超声处理3h。将堇青石取出并用去离子水冲洗3 5次,用pH试纸检测,确保其表面中性。随后将堇青石在100℃真空干燥箱中真空干燥至少3h;上述预处理后的一块堇青石整体柱的光学图片如图1中的的(a)所示。
步骤二、将上述预处理后的四块堇青石分别置于20mL质量体积比均为2mg mL-1的多巴胺的tris-HCl缓冲液中(其中所用的tris-HCl缓冲液的pH值为7.8),于100r min-1摇床上反应3h,取出整体柱,用去离子水清洗3次,得到的即为聚多巴胺/堇青石,图1中的(b)示出了其中一块聚多巴胺/堇青石的光学图片。
步骤三、将步骤二得到的一块聚多巴胺/堇青石放入50mL0.5mg mL-1PGA的tris-HCl缓冲液(tris-HCl,pH=7.8)中,置于100r min-1摇床反应2h。收集上清液,并用pH 7.8的tris-HCl缓冲溶液清洗3次。最终得到PGA/聚多巴胺/堇青石整体柱。图2是该PGA/聚多巴胺/堇青石整体柱的SEM图。从图1和图2可以看出,多巴胺成功粘附在堇青石表面。
步骤四、将步骤三得到的PGA/聚多巴胺/堇青石整体柱放入18mL tris-HCl缓冲溶液(pH7.8)中,加入86μL正硅酸乙酯(TEOS),于100r min-1摇床上反应一小时,再加入21μL氨基丙基三乙氧基甲硅烷(APTES),继续以100r min-1摇晃反应时间为4.5小时。取出堇青石块,用tris-HCl缓冲溶液清洗三次,最终得到有机硅/PGA/聚多巴胺/堇青石整体柱。
图3为实施例1制得的有机硅/PGA/聚多巴胺/堇青石整体柱的SEM图。与图2所示的步骤三获得的PGA/聚多巴胺/堇青石整体柱相比,可以得出,经APTES聚合后,堇青石表面比未涂层前粗糙。本实施例1中,有机硅缩聚时间为4.5h时,酶活回收率达到93.08%。
实施例2、制备有机硅/PGA/聚多巴胺/堇青石整体柱,步骤如下:
将实施例1步骤二制得的一块聚多巴胺/堇青石按照实施例1中所述步骤三处理后获得的PGA/聚多巴胺/堇青石整体柱进行步骤四的操作:
将其放入18mL tris-HCl缓冲溶液(pH 7.8)中,加入86μL正硅酸乙酯(TEOS),于100r min-1摇床上反应一小时,再加入21μL氨基丙基三乙氧基甲硅烷(APTES),继续以100rmin-1摇晃反应时间为9.5小时。取出堇青石块,用tris-HCl缓冲溶液清洗三次,最终得到有机硅/PGA/聚多巴胺/堇青石整体柱。
图4为实施例2制备的有机硅/PGA/聚多巴胺/堇青石整体柱的扫描电镜(SEM)照片,与图2所示的PGA/聚多巴胺/堇青石整体柱相比,可以得出,经过APTES聚合后,堇青石表面比未涂层前粗糙,与图3相比,可得出随着聚合时间的增加,堇青石表面越来越粗糙,出现了更大的颗粒。本实施例2中缩聚时间达到9.5h时,进行酶活回收率测定时,酶活回收率为60%~70%,相比实施例1酶活回收率有所下降。
实施例3
本实施例3与实施例1的步骤基本相同,与其不同的是:对步骤四的过程操作中,在加入氨基丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)之后,继续摇晃反应的时间由9.5h改变为15h。图5为实施例3制备的有机硅/PGA/聚多巴胺/堇青石整体柱的扫描电镜(SEM)照片。缩聚时间改变到15h,进行酶活回收率测定时,酶活回收率为40%~50%,相比较缩聚时间为4.5h和9.5h,15h的酶活回收率最低,即有机硅层厚度越厚,酶活回收率越低。
综上,通过上述实施例与对比例及其对应的SEM图发现,利用酶为模板,在其表面形成一层有机硅,通过SEM验证了表面有机硅的成功合成。通过改变制备过程中有机硅的缩聚时间可调节形成的有机硅层厚度,进而获得不同具不同青霉素催化效率的整体型固定化酶。特别是,有机硅层厚度越厚,酶活回收率越低。
Claims (2)
1.一种用于青霉素合成的整体型固定化酶的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、将堇青石以体积比为1:8置于2.5mol L-1盐酸中,在60~90℃的温度下超声处理至少3h,将堇青石取出并用去离子水冲洗3~5次,并确保堇青石表面为中性;随后将堇青石在100℃真空干燥箱中真空干燥至少3h;
步骤二、将经过步骤一预处理后的堇青石以体积比为1:8置于浓度为2~10mg mL-1的多巴胺的tris-HCl缓冲液中,多巴胺的tris-HCl缓冲液中所用的tris-HCl缓冲液的pH为7.8;于100r min-1摇床上反应2~4h,得到聚多巴胺/堇青石,取出后用去离子水清洗3次;
步骤三、将步骤二得到的聚多巴胺/堇青石以体积比为1:20置于0.5mg mL-1青霉素酰胺酶的tris-HCl缓冲液中,于100r min-1摇床反应2h;收集上清液,并用pH 7.8的tris-HCl缓冲溶液清洗3次;得到青霉素酰胺酶/聚多巴胺/堇青石;
步骤四、将步骤三得到的青霉素酰胺酶/聚多巴胺/堇青石以体积比为5:9置于pH 7.8的tris-HCl缓冲液中,加入体积浓度为0.47%的正硅酸乙酯,于100r min-1摇床上反应1h,再加入体积比为0.12%的氨基丙基三乙氧基甲硅烷,继续在该摇床上反应4.5~15h,取出固体物,用tris-HCl缓冲液清洗3次,最终得到的有机硅/青霉素酰胺酶/聚多巴胺/堇青石即为整体性固定化酶。
2.根据权利要求1所述用于青霉素合成的整体型固定化酶的制备方法,其特征在于,步骤四中,继续在该摇床上反应的时间为4.5h。
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