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木质素是由苯酚骨架单体松柏醇(Coniferyl alcohol,CA)、芥子醇(Sinapyl alcohol,SA)、对-香豆醇(P-coumaryl alcohol,PA)通过碳-碳键、醚键等连接而成的天然三维高分子聚合物。由于木质素无序的主体联接以及与纤维素、半纤维素存在稳定的化学结合,导致木质素不易降解,使木质素降解成为生物、环境和化学等领域非常活跃的研究热点。木质素单体CA/PA/SA可作为漆酶(Laccse,LAC)与木质素之间的介质,间接影响漆酶对木质素的催化氧化。木质素分子结构复杂,木质素类模型化合物可在一定程度上代替天然木质素,可以把木质素二聚体-愈创木酚基甘油-β-愈创木基醚(Guaiacylglycerol-beta-guaiacyl ether,GG)作为木质素参照物,研究CA/PA/SA与LAC之间的相互作用对LAC降解木质素的影响。故本论文采用几种光谱方法、电化学结合分子动力学模拟技术研究CA/PA/SA与LAC在分子水平上的作用机理对LAC降解GG的影响,结果如下: 1.通过荧光光谱法获得木质素单体CA、PA、SA与LAC的分子间相互作用的荧光光谱特征,实验结果表明CA、PA和SA引起LAC的最大荧光强度所对应的波长发生位移,CA、PA引起LAC的荧光强度增强,产生荧光增敏效应,而SA引起LAC的荧光强度降低,产生荧光猝灭,说明CA、SA、PA与LAC之间发生了分子间相互作用,CA、PA、SA结构的不同,对LAC的作用存在一定差异。 2.采用同步荧光光谱法,研究了CA、SA、PA与LAC分子相互作用在CA、SA、PA作用前后LAC分子构象及氨基酸残基微区环境的改变,说明CA、SA、PA作用于LAC的T1-Cu活性位点后,造成结构域中肽链延展,相邻TNC中心的肽链受到挤压,引起LAC微区环境的改变。由于CA/PA/SA与LAC的同步荧光光谱的最大发射波长蓝移的程度各不相同,验证CA、PA、SA结构不同,对LAC作用存在一定差异。 3.通过电化学方法,得到CA/PA/SA-LAC体系都具有规律的氧化还原峰,说明各体系均发生了可逆的氧化还原反应,发生了非辐射能量转移和电子传递。但根据差分脉冲得到的各体系的结合常数各不相同,侧面验证CA、PA、SA结构不同,对LAC作用存在一定差异。 4.通过动态光衍射光谱结合荧光偏振技术,结果得到CA、PA、SA与LAC分子间作用后,使体系的粒径、Zeta电位、偏振度和各向异性均减小,说明CA、PA、SA与LAC之间发生了作用,导致CA/PA/SA-LAC体系结合的更紧密。但由于各个体系的粒径、Zeta电位、偏振度和各向异性减小的程度各不相同,进一步验证CA、PA、SA结构不同,对LAC作用存在一定差异。 5.分子动力学模拟技术结合光谱和电化学实验研究,获得CA、SA、PA、GG与LAC的反应类型、作用力类型和体系的结合自由能,理论和实验结果说明SA与LAC之间的作用促进了LAC降解木质素模型化合物GG的过程,而CA/PA-LAC分子间的相互作用对LAC降解木质素模型化合物GG促进作用不明显或抑制作用,进一步验证了CA、PA、SA结构不同,对LAC的作用存在一定的差异。 本文首次采用光谱、电化学结合分子动力学模拟方法研究四种木质素模型化合物与LAC的相互作用,这不仅为全面了解漆酶降解木质素的机制、指导以后木质素的降解或抑制降解及木质纤维素的工业化应用提供有益参考,而且为漆酶新介质的发现提供线索。