[发明专利]一种酶/金属纳米颗粒杂化催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明属于人工金属酶领域，公开了一种酶/金属纳米颗粒杂化催化剂的制备方法，所述方法采用脂肪酶CAL‑B原位还原金属离子，制备了三种杂化催化剂CAL‑B/PdNPs、CAL‑B/CuNPs及CAL‑B/ZnNPs，采用高分辨透射电镜、能谱、XPS等表征方法确定了杂化催化剂组成、含量和形貌特征，得到的金属纳米颗粒均匀地分布在酶上或嵌入在酶的基质中。运用定点突变技术，确定脂肪酶CAL‑B中111位至128位的氨基酸序列为原位还原金属离子的关键氨基酸序列，其中AGLFFSSKDL通过氢键作用形成的稳定空间结构至关重要。本发明所述的酶/金属纳米颗粒杂化催化剂广泛应用于手性醇或胺类化合物的消旋化反应，以及醇或胺类化合物的动态动力学拆分。

技术领域

本发明属于人工金属酶领域，具体涉及一种酶/金属纳米颗粒杂化催化剂的制备方法及应用。

背景技术

酶广泛存在于自然界中，具有多种催化功能，酶催化的转化反应通常具备催化活性高、选择性好、操作条件温和等优点，但是酶催化的天然底物有限，且在有机合成的反应过程中通常不稳定，所以常与辅酶或金属离子结合，催化大部分较困难的生物转化反应，自然界中近三分之一的酶属于金属蛋白质。多数酶具有催化混乱性，可以催化不同类型的化学反应，而且可以通过改变酶的活性位点或手性环境获得其他的催化活性，金属酶则可以通过各种金属离子的催化多样性进一步提高酶的催化混乱性。

随着基因工程和重组技术的发展，具有修饰活性和专一性的新酶受到越来越广泛的关注，人工金属酶开辟了一种新的方式，区别于传统的非均相、均相和酶催化剂，结合了酶和金属各自的催化特异性，赋予了其更佳的立体选择性和区域选择性等催化性能，且扩展了天然金属酶的范畴，通过金属酶的蛋白质骨架与其它金属催化剂相结合，实现了人工金属酶的催化多功能性。人工金属酶是把过渡金属和生物大分子有机结合起来的一类催化剂，其中比较典型的是酶/金属杂化催化剂，其催化反应条件温和、催化活性高、立体选择性好，同时解决了酶催化的底物范围狭窄及金属催化反应的选择性差两大难题，广泛应用于医药农药、生物制药、材料工程等领域中。

前期的研究报道对酶/金属杂化催化剂的立体结构及金属与酶的结合方式进行了详细的探讨，并成功掌握了金属与酶的作用机制。然而，这些研究成果局限于现有的金属离子或金属复合物与蛋白质骨架相结合，极少涉及到酶自身催化金属的氧化还原反应，从而自发地形成酶/金属杂化催化剂，且得到的金属纳米颗粒大小均一、分布均匀。

发明内容

本发明的第一个目的在于通过酶自身催化金属离子的原位还原，提供一种酶/金属纳米颗粒杂化催化剂的制备方法。

所述制备方法为：酶催化金属离子原位还原，得到的金属纳米颗粒均匀地分布在酶上或嵌入在酶的基质中；所述方法包括如下步骤：

(1)在溶液中，按一定比例加入酶和金属离子源，在反应温度下搅拌一定的时间；所述的酶为脂肪酶CAL-B，或具备关键氨基酸序列的生物大分子；

(2)离心，移去上层清液，然后用去离子水洗涤三次，再次离心，合并上层清液；

(3)最后用去离子水洗涤后，冷冻干燥，得到酶/金属纳米颗粒杂化催化剂。

作为本发明的优选，所述步骤(1)中的关键氨基酸序列为脂肪酶CAL-B中第111位至128位的氨基酸序列，氨基酸序列为AQWGLTFFPSIRSKVDRL。其中序列中的氨基酸AGLFFSSKDL通过氢键作用形成的稳定空间结构至关重要。

作为本发明的优选，所述步骤(1)中的金属离子源为氯化盐、醋酸盐或四氯钯酸盐。

作为本发明的优选，所述的金属离子源中的金属离子为Pd、Cu或Zn。

作为本发明的优选，所述的酶和金属离子源的加入摩尔比为0.5～5。