載體微環境調控強化AchE酶穩定性的構象匹配機制

《載體微環境調控強化AchE酶穩定性的構象匹配機制》是依託中國農業大學，由孫英擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：載體微環境調控強化AchE酶穩定性的構象匹配機制
• 依託單位：中國農業大學
• 項目負責人：孫英
• 項目類別：面上項目

項目摘要

胞外酶的穩定性始終是酶的工業化與市場化的瓶頸問題。經過大量研究和實踐，人們認識到胞外酶存在的微環境直接影響酶的構象及催化過程，其中構建固定化酶載體的最適微環境被認為是最可行的穩定化技術。但目前尚未考慮酶與載體微環境表面性質的相互作用關係與反應機制。為此，本項目將AChE酶穩定性及其固定化過程中AChE酶構象演變與載體微環境調控進行最佳化匹配。採用量子化學計算與分子模擬相結合方法，通過載體微環境調控，構建AChE酶生物感測體系，將酶的微觀結構參數與固定化酶的巨觀催化效能相關聯，明確固定化過程中載體微環境調控對AChE酶構象的影響，建立載體微環境及其調控與有效提高AChE酶穩定性的優勢酶構象的最優匹配機制，提出基於構象匹配機制的載體微環境調控原理和方法。為更好地理解酶在固定化過程中的構象變化、反應活性、作用機制提供理論依據，也為進一步合理設計改善胞外酶的穩定性提供科學依據和技術原理。

結題摘要

針對胞外酶穩定性差的問題，本項目以乙醯膽鹼酯酶（AChE）穩定性及其固定化過程中AChE 酶構象演變與載體微環境調控進行最佳化匹配。採用計算化學與分子模擬等手段，通過載體微環境調控，構建AChE 酶固定化體系，將酶的微觀結構參數與固定化酶的巨觀催化效能相關聯，明確固定化過程中載體微環境調控對AChE 酶構象的影響，建立載體微環境及其調控與有效提高AChE 酶穩定性的優勢酶構象的最優匹配機制，提出基於構象匹配機制的載體微環境調控原理和方法。 研究結果表明： 通過綜合性分析AChE酶蛋白表面性質信息及結構特點（疏水性、電性、氫鍵受體/供體、凹陷結構），設計確定基於PAMAM樹枝狀分子和功能性固定化小分子配基的兩類具有不同載體微環境的AChE固定化方法。 選用氨基修飾磁性納米顆粒為固定化酶的基礎載體，構建基於PAMAM樹枝狀分子（PAMAM-NH2和PAMAM-OH）和功能性固定化小分子配基（NAR、CAT、GLL）的固定化AChE體系，同時採用多種手段加以調控表征。 固定化酶活性實驗及多種穩定性（pH穩定性、溫度穩定性、重複使用穩定性）實驗結果表明，基於PAMAM樹枝狀分子和功能性固定化小分子配基的固定化AChE活性及穩定性均遠優於游離態酶和傳統固定化酶。 螢光光譜實驗證明PAMAM樹枝狀分子和功能性固定化小分子配基均與AChE酶表面具有相互作用，且相互作用強度存在明顯差異。其結合強為為PAMAM-OH ＞ PAMAM-NH2和NAR ＞ HES ＞ QUE ＞＞ EPG, TAX ＞ CAT, EPI, FLU ＞GLL＞＞ATR, HYO。 通過使用分子動力學模擬方法對多個固定化AChE體系進行研究，獲得基於PAMAM樹枝狀分子和功能性固定化小分子配基的固定化AChE體系的載體微環境匹配性機制。PAMAM分子與酶蛋白表面多個區域可發生隨機性的結構匹配，穩定分子構象。功能性固定化小分子配基只與AChE酶蛋白上酶活性區域特定位點發生特異性結合，以達到穩定酶分子結構的目的。