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酪氨酸羟化纳米酶仿生制备左旋多巴认领

作者：

尚祺

学位授予单位：

四川大学

摘要：

L-3,4-二羟基苯丙氨酸（左旋多巴或DOPA）被广泛用于治疗帕金森病。由于世界范围内老龄化问题严重,帕金森病患者日益增加,因此DOPA具有广阔的市场前景。目前,DOPA的制备方法主要有植物提取法、化学合成法、酶催化合成法、微生物发酵法,但存在成本高、反应条件苛刻、过程繁杂等缺陷。纳米酶作为一种具有酶催化功能的纳米材料,其结构及功能稳定性高,对反应条件要求不苛刻、制备简单成本低,易于批量生产。因此,本论文以酪氨酸羟化酶（tyrosine hydroxylase,TyrH,EC 1.14.16.2）作为模拟对象,分别以EDTA-Fe2+修饰的磁性纳米粒子:Fe3O4@EDTA-Fe2+以及g-C3N4修饰的磁性纳米粒子:Fe3O4@g-C3N4两种纳米材料作为酪氨酸羟化纳米酶,模拟TyrH低成本高效率催化酪氨酸（tyrosine,Tyr）生产DOPA。扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）表征手段证实了该两种纳米酶是具有高结晶度的纳米级别的球形颗粒。傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼（Raman）和X射线光电子能谱（XPS）表明该两种纳米材料均具有Fe-O和Fe-N键,与TyrH活性中心结构一致,表明纳米酶实现了对TyrH活性中心结构的模拟。N2吸附-解吸等温线表明纳米酶材料具有丰富的介孔结构,Brunauer-Emmett-Teller（BET）分析证实了纳米酶的高比表面积以及丰富的孔径,为纳米酶提供丰富的活性位点的同时可以作为底物Tyr的可能性结合位点。振动样品磁强计（VSM）显示该两种纳米酶具有超顺磁特性,可快速磁分离,为产物的分离提纯均提供了极大的便利。高效液相色谱法（HPLC）、质谱法（MS）分析手段证实了纳米酶催化体系中DOPA的产生,证实了该两种反应体系均能成功羟基化Tyr生成DOPA,表明纳米酶实现了对TyrH催化功能的模拟。对反应条件进行单因素优化,DOPA的产量分别提升至1.7 mM和1.0 mM。循环实验表明材料具有可重复利用性以及较强的活性稳定性。通过自由基清除实验、电子自旋共振（ESR）、探针实验、探寻了体系中存在的氧化活性物质,结果表明了该两种仿生催化反应体系均存在大量·OH和1O2作用于催化Tyr生成DOPA。在Fe3O4@g-C3N4作为催化剂的反应体系中成功证实了FeⅣ=O的存在,证实了该纳米酶催化体系实现了对TyrH催化机制的模拟。论文提出了通过制备一种具有酪氨酸羟化酶活性中心结构以及催化功能的磁性纳米酶作为催化剂来仿生制备DOPA的成本低廉、操作简单、条件温和的方式,为DOPA的制备提供了一种新方法,同时为仿生研究提供了一种新思路。

摘要译文

关键词：

酪氨酸; 左旋多巴; 酪氨酸羟化酶; 纳米酶; 仿生合成

学位年度：

2022

学位类型：

硕士

学科专业：

生物工程（专业学位）

导师：

马兴均

中图分类号：

TQ460.6[制药工艺];TQ426.97[生物催化剂];TB383.1

学科分类号：

081702[化学工艺];083611[医药生物工程];1007[药学];080501[材料学];081705[工业催化]

D O I：

10.27342/d.cnki.gscdu.2022.005041