化工进展 ›› 2019, Vol. 38 ›› Issue (10): 4606-4613.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2451
收稿日期:
2018-12-21
出版日期:
2019-10-05
发布日期:
2019-10-05
通讯作者:
张国亮
作者简介:
范铮(1964—),男,副教授,研究方向为生物技术。
基金资助:
Zheng FAN,Xianchang TANG,Xu ZHANG,Chang LI,Guoliang ZHANG()
Received:
2018-12-21
Online:
2019-10-05
Published:
2019-10-05
Contact:
Guoliang ZHANG
摘要:
现有的固定化酶技术存在低稳定性、低回收利用率等缺点,而金属有机骨架材料(MOFs)凭借自身独特的性质如特定的主-客体相互作用及限域效应,极大提高了酶的负载率以及限制酶分子的流失,甚至极端环境下仍能维持酶的活性,近年来成为固定化酶载体的研究热点。本文从酶-MOF复合物的合成策略出发,介绍了利用MOFs载体完成酶固定化包括表面吸附、共价结合、孔道包埋和原位合成这4种方法的优劣势,重点概述了酶-MOF复合物在微反应器构建、级联反应等应用领域的巨大潜力。研究进展表明,有巨大优势的新型MOFs载体将有力促进酶-MOF复合物作为优异的催化剂、生物传感器等在多学科领域的发展。
中图分类号:
范铮,唐咸昌,张旭,李畅,张国亮. 金属有机骨架材料载体用于酶固定化的研究进展[J]. 化工进展, 2019, 38(10): 4606-4613.
Zheng FAN,Xianchang TANG,Xu ZHANG,Chang LI,Guoliang ZHANG. Progress of on enzyme immobilization with metal-organic frameworks[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2019, 38(10): 4606-4613.
方法 | 优势 | 劣势 |
---|---|---|
表面吸附 | 操作简单;绿色化学 | 酶与载体作用力弱,易流失;耗时;强静电相互作用可能影响蛋白质构象,从而导致酶活性下降 |
共价结合 | 酶与载体之间作用力强 | 操作复杂;化学试剂引入可能对酶活性有影响 |
孔道包埋 | 酶负载率高且不易流失 | 对MOFs孔径(大多限于介孔)、酶尺寸、形状都有要求 |
原位合成 | 制备条件温和,酶活性不受影响;快速 | 合成条件限于水溶液;MOFs种类较少 |
表1 利用MOFs载体固定酶的4种主要合成策略及其比较
方法 | 优势 | 劣势 |
---|---|---|
表面吸附 | 操作简单;绿色化学 | 酶与载体作用力弱,易流失;耗时;强静电相互作用可能影响蛋白质构象,从而导致酶活性下降 |
共价结合 | 酶与载体之间作用力强 | 操作复杂;化学试剂引入可能对酶活性有影响 |
孔道包埋 | 酶负载率高且不易流失 | 对MOFs孔径(大多限于介孔)、酶尺寸、形状都有要求 |
原位合成 | 制备条件温和,酶活性不受影响;快速 | 合成条件限于水溶液;MOFs种类较少 |
方法 | 酶 | MOF | 应用 | 参考文献 |
---|---|---|---|---|
表面吸附 | 微过氧化物酶(MP-11) | [Cu(OOC-C6H4-C6H4-COO)· | 催化 | [ |
表面吸附 | 葡萄糖脱氢酶(GDH) | ZIF-7、 ZIF-8、 ZIF-67、 ZIF-68、 ZIF-70 | 传感 | [ |
表面吸附 | 洋葱伯克霍尔德氏菌脂肪酶(BCL) | An-ZIF-8 | 酯水解和酯交换 | [ |
表面吸附 | NBD标记的胰蛋白酶 | MIL-100(Cr)、 MIL-101(Cr)、 UiO-66 (Zr)、 CYCU-4(Al) | 蛋白质消化 | [ |
共价结合 | 胰蛋白酶(Try) | MIL-101(Cr)、 MIL-88B(Cr)、 MIL-88B-NH 2(Cr) | 蛋白质组学 | [ |
共价结合 | 链霉亲和素(SA) | HKUST-1 | DNA传感器 | [ |
共价结合 | β-葡萄糖苷酶 | NH2-MIL-53(A1), ZIF-67, ZIF-8 | 催化 | [ |
孔道包埋 | HRP、 Cyt C、 MP-11 | PCN-332、 PCN-333 | 催化 | [ |
孔道包埋 | 胰岛素、 有机磷酸酐酶(OPAA) | NU-100x、 PCNs | 解毒 | [ |
孔道包埋 | 葡萄糖氧化酶(GOx), HRP | PCN-888 | 催化 | [ |
原位合成 | 卵清蛋白、 核糖核酸酶A、 人血清白蛋白、 吡咯喹啉醌依赖性葡萄糖脱氢酶、 脂肪酶、 血红蛋白、 溶菌酶、 胰岛素、 HRP、 Try、 脲酶和寡核苷酸 | ZIF-8、 HKUST-1、 Eu/Tb-BDC、 MIL-88A | 生物样本库、生物反应器 | [ |
原位合成 | Cyt C、 HRP、 脂肪酶(经PVP修饰) | ZIF-8、 ZIF-10 | 催化,检测 | [ |
原位合成 | GOx, HRP | ZIF-8 | 催化,检测 | [ |
表2 不同酶-MOF复合物的合成方法及其应用
方法 | 酶 | MOF | 应用 | 参考文献 |
---|---|---|---|---|
表面吸附 | 微过氧化物酶(MP-11) | [Cu(OOC-C6H4-C6H4-COO)· | 催化 | [ |
表面吸附 | 葡萄糖脱氢酶(GDH) | ZIF-7、 ZIF-8、 ZIF-67、 ZIF-68、 ZIF-70 | 传感 | [ |
表面吸附 | 洋葱伯克霍尔德氏菌脂肪酶(BCL) | An-ZIF-8 | 酯水解和酯交换 | [ |
表面吸附 | NBD标记的胰蛋白酶 | MIL-100(Cr)、 MIL-101(Cr)、 UiO-66 (Zr)、 CYCU-4(Al) | 蛋白质消化 | [ |
共价结合 | 胰蛋白酶(Try) | MIL-101(Cr)、 MIL-88B(Cr)、 MIL-88B-NH 2(Cr) | 蛋白质组学 | [ |
共价结合 | 链霉亲和素(SA) | HKUST-1 | DNA传感器 | [ |
共价结合 | β-葡萄糖苷酶 | NH2-MIL-53(A1), ZIF-67, ZIF-8 | 催化 | [ |
孔道包埋 | HRP、 Cyt C、 MP-11 | PCN-332、 PCN-333 | 催化 | [ |
孔道包埋 | 胰岛素、 有机磷酸酐酶(OPAA) | NU-100x、 PCNs | 解毒 | [ |
孔道包埋 | 葡萄糖氧化酶(GOx), HRP | PCN-888 | 催化 | [ |
原位合成 | 卵清蛋白、 核糖核酸酶A、 人血清白蛋白、 吡咯喹啉醌依赖性葡萄糖脱氢酶、 脂肪酶、 血红蛋白、 溶菌酶、 胰岛素、 HRP、 Try、 脲酶和寡核苷酸 | ZIF-8、 HKUST-1、 Eu/Tb-BDC、 MIL-88A | 生物样本库、生物反应器 | [ |
原位合成 | Cyt C、 HRP、 脂肪酶(经PVP修饰) | ZIF-8、 ZIF-10 | 催化,检测 | [ |
原位合成 | GOx, HRP | ZIF-8 | 催化,检测 | [ |
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