[发明专利]一种基于DNA与氧化石墨烯和金属有机骨架材料间相互作用构建固定多酶系统的方法

说明书

一种基于DNA与氧化石墨烯和金属有机骨架材料间相互作用构建固定多酶系统的方法，属于固定化酶制备领域。本发明步骤：首先制备出金属有机骨架材料PCN‑222纳米粒子和单链DNA(ssDNA)功能化的葡萄糖氧化酶(GO_X)和辣根过氧化物酶(HRP)；其次配制好分散均匀的氧化石墨烯(GO)溶液；之后再将PCN‑222纳米粒子、GO_X‑ssDNA复合物、HRP‑ssDNA复合物与GO溶液共同孵育；通过ssDNA的Janus粒子性质即核酸碱基与GO芳香域的π‑π堆积作用和磷酸骨架与PCN‑222上金属锆簇的配位作用将双酶固定在双载体上，构建固定多酶系统。本发明克服了传统固定化酶吸附效率不高和结合不牢固的问题，制备过程简单，级联效率高。

技术领域

本发明属于固定化多酶系统制备技术领域，具体涉及通过单链DNA(ssDNA)的Janus粒子性质，利用其核酸碱基与氧化石墨烯(GO)的π-π堆积作用及磷酸骨架与PCN-222中金属锆簇的配位作用将酶固定的方法。

背景技术

酶是一种高选择性、低污染且反应条件温和的天然高效催化剂。在自然界，我们常可以在细胞代谢过程中观察到大量的酶级联反应。由于这种多酶级联系统可以通过消除反应中间体的繁琐分离和纯化直接降低生产成本，提高生产效率，因而被广泛用于食品加工、医药合成、生物能源、污染物降解等工业生产中。多酶复合物，酶的活性位点靠在一起，通过将中间体从一个活性位点转移到另一个活性位点促进底物沿着多酶复合物中的酶促途径转移，可以有效提高总反应效率。将多种酶添加到同一反应容器中，可以在体外进行多步酶促合成。但仅仅只是将级联酶放在一个溶液中，由于酶在溶液中自由分散，底物与之反应是随机的，且底物从一个反应位点到另一个反应位点存在扩散转移时间，级联反应效率不高。除此之外，酶以最直接的方式存在于溶液中，回收和再利用困难，使得生产成本高、操作稳定性差，大大限制了酶的工业应用。对酶进行固定化可以有效解决上述问题。将不同的酶通过共固定化连接到同一个载体上，一方面有效模拟了细胞系统中的多酶复合物，简化操作步骤，提高了原子利用率；另一方面载体的使用不仅可增强多酶在储存及极端反应条件下(高温、强酸、强碱等)的稳定性，而且有利于分离与回收。

传统固定化酶方法中，吸附法是最早出现的酶固定化方法，包括离子吸附法和物理吸附法，主要利用范德华力、氢键、疏水相互作用静电吸附和离子键等将酶固定在非水溶性载体上。由于吸附法工艺简便、条件温和、基本不改变酶的构象，因此对酶的催化活性影响小，而且载体廉价易得可再生，故常被用来进行酶的固定化。但该法中酶和载体之间结合不牢固，在极端条件下，酶易从载体脱落并污染产物。除此之外，包埋法不适用底物为大分子的酶；交联法和共价结合法由于反应剧烈而使酶活性损失较大等。因此，需要进一步研究固载量大、酶活性好和催化效率高的固定化酶体系。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于ssDNA的Janus粒子性质，利用其核酸碱基与氧化石墨烯(GO)的π-π堆积作用及磷酸骨架与PCN-222中金属锆簇的配位作用将酶固定在双载体上的方法，以克服传统吸附法酶易脱落及双酶级联反应效率不高的问题。本发明的人造多酶系统制备简单，条件温和，酶催化反应效率高，且具有良好的稳定性和重复使用性。本发明以葡萄糖氧化酶(GO_X)和辣根过氧化物酶(HRP)为模型来证明固定化酶体系的优良性能。

该方法首先制备出金属有机骨架材料PCN-222纳米粒子，其次合成GO_X-ssDNA复合物及HRP-ssDNA复合物，再将上述三者与GO共同孵育，依靠ssDNA的Janus粒子性质将酶固定在双载体上。

为了达到上述目的，本发明按照以下技术方案实现：

一种基于DNA与氧化石墨烯和金属有机骨架材料间相互作用构建固定多酶系统的方法，其特征在于包括以下步骤：