巯基准聚轮烷制备及其与胰凝乳蛋白酶和脲酶的相互作用

摘要

准聚轮烷是一种线形超分子组装体，在纳米器件、传感器、分子转换器、体内给药释放系统、基因释放载体以及组织工程支架材料等方面具有广泛的应用。本课题以聚乙二醇（PEG）/α-环糊精（CyD）准聚轮烷为载体，在PEG末端修饰巯基，制备一种氧化还原可控型的准聚轮烷水凝胶，测定胰凝乳蛋白酶和脲酶在水凝胶中的活性和结构的变化，探究此三元体系的相互作用，并对准聚轮烷的成核机理进行了初步的探索。
　　通过酯化法和三步合成法制备了巯基聚乙二醇，通过FTIR、Raman、1H NMR表征发现在本实验室条件下，酯化法比较容易合成PEG-SH，产率70%以上。用α-CyD进行穿环反应制备巯基准聚轮烷，利用XRD对巯基准聚轮烷进行晶型分析，表明其属于六方晶系。
　　为探索巯基准聚轮烷能否作为一种软固定化酶的材料，我们研究了胰凝乳蛋白酶在PEG-SH/α-CyD准聚轮烷体系中的活性和结构的变化。实验表明，在PEG-SH/α-CyD准聚轮烷体系中，胰凝乳蛋白酶的酶活提高了19%，稳定性也有明显提高。通过荧光光谱、同步荧光光谱、1H NMR、13C NMR、COSY、NOESY、圆二色谱的研究发现这主要是由于溶液中的胰凝乳蛋白酶与巯基准聚轮烷形成氢键、疏水键、范德华力等次级相互作用造成胰凝乳蛋白酶的结构发生轻微的变化，最终引起酶的催化效率提高。另外，巯基具有提高胰凝乳蛋白酶酶活的作用。
　　以脲酶作为胰凝乳蛋白酶的对照酶，研究了脲酶/巯基准聚轮烷的相互作用。实验表明，巯基准聚轮烷对脲酶的活性和稳定性并没有影响。而在巯基浓度比较高的巯基乙酸（TGA）溶液中，脲酶迅速失活。考察脲酶的荧光光谱发现巯基准聚轮烷会降低酶的荧光强度，溶液中Trp、Tyr残基的微环境也会随着巯基准聚轮烷的加入而发生变化。
　　此外，本课题还对准聚轮烷的相变成核机理进行了初步的探索。在0.1g/mLα-CyD溶液中，准聚轮烷的形成速率会随着PEG浓度的增加而增加，并最终稳定在5×10-4mg/mL·s左右。准聚轮烷的穿环及相变过程中，粒径不断增大，最终形成的准聚轮烷的粒径大概在1.5～3μm的范围内。由zeta电位的测试结果可知，在穿环过程中，一旦生成凝结核之后，凝结核迅速聚集，形成不稳定的颗粒体系，并发生相变。

目录

声明

第1章 引言

1.1 PEG/α-CyD准聚轮烷水凝胶概述

1.2 聚乙二醇、环糊精与蛋白质的相互作用

1.3 胰凝乳蛋白酶及脲酶研究概述

1.4 研究目的和意义

1.5 课题创新点

第2章 巯基聚乙二醇及巯基准聚轮烷的合成

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 实验结果与分析

2.4 小结

第3章 巯基准聚轮烷与胰凝乳蛋白酶的相互作用

3.1 实验材料

3.2 实验方法

3.3 实验结果与分析

3.4 讨论

3.5 小结

第4章 巯基准聚轮烷与脲酶的相互作用

4.1 实验材料

4.2 实验方法

4.3 实验结果与分析

4.4 讨论

4.5 小结

第5章 准聚轮烷相变机理初探

5.1 实验材料

5.2 实验方法

5.3 实验结果与分析

5.4 小结

第6章 总结与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在校期间发表的学术论文与研究成果