有序可控自组装双酶膜纳米生物反应器的构筑及构效关系研究

针对多酶协同体系中酶促反应耦合的匹配问题，受生物呼吸链上多种酶之间通过在空间的有序排布协同完成电子传递的模式的启发，以生物素与亲和素分子之间的特异性结合为驱动力，通过层层自组装方式在覆金固相载体表面引导氯过氧化物酶(CPO)与葡萄糖氧化酶(GOx)进行双酶共固定，构筑一种酶分子在空间有序排布的纳米酶膜生物反应器用于酶促反应的耦合。从组装过程的受控因素结合酶膜层的结构表征研究自组装模式及其调控规律；以操作稳定性和重复使用率为评价指标考察及优化酶膜反应器的性能；并进一步通过反应器在CPO/GOx双酶促耦合制备手性环氧氯丙烷的反应中的应用，解析酶膜反应器的构-效关系，实现酶促反应的最佳匹配。.本项目通过酶膜反应器中多种酶组分在空间分布的格式化实现酶功能集成和酶促反应耦合，可为多组分酶膜反应器的设计和构建提供新的思路和模式，为多酶共固定提供新的方法和路线；为复杂生物转化过程提供优越的操作平台。

本项目以生物素与亲和素分子之间的特异性结合为驱动力，通过层层自组装方式在覆金固相载体表面引导氯过氧化物酶(CPO)与葡萄糖氧化酶(GOx)进行双酶共固定，构筑一种酶分子在空间有序排布的纳米酶膜生物反应器。通过酶膜反应器中多种酶组分在空间分布的格式化实现酶功能集成和酶促反应耦合。.研究工作取得的主要结果如下：.1、双酶膜反应器的构-效关系. 研究发现，酶双层在空间的定向排布方式直接影响酶反应器的性能。由于GOx与生物素形成“笼型”结构，使传质阻力增大，不利于底物的接近，因而GOx(内）-CPO（外）构型的反应器催化活性较高；但另一方面，酶双层中“笼型”结构的存在有利于反应器的稳定性，经12次重复使用之后，酶反应器的活性仍能保持在60%以上。.2、双酶促反应耦合的调控. GOx氧化葡萄糖在线产生H2O2与CPO-H2O2氧化底物的双酶促反应的匹配主要取决于葡萄糖的浓度。若葡萄糖的浓度较低时不能产生足够的氧化剂而影响CPO的酶促氧化活性，但同时发现，由于CPO表面高度糖基化，高浓度的葡萄糖通过氢键等与CPO表面基团反应从而导致蛋白沉淀，也会影响CPO的催化活性。因此，葡萄糖浓度是GOx-CPO双酶促反应耦合的调控因子。.以上结果可为多组分酶膜反应器的设计和构建提供新的思路和模式，为CPO催化的复杂生物转化过程提供优越的操作平台。.共发表与该项目有关的研究论文12篇(全部标注由本基金资助），全部为SCI源期刊论文；获得国家发明专利2项、正在申请的专利11项；培养人才：已毕业硕士研究生11人，在读8人，在读博士2人，在站博士后1人。