基于无花果酶增强的过氧化物模拟酶活性在生物检测中的分析应用

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酶是一类由蛋白质和RNA组成的生物催化剂,具有高催化效率和高特异性的特点,在新陈代谢、营养和能量转换等生物过程中起主导作用。过氧化物酶,如辣根过氧化物酶(HRP),是一类由微生物或植物产生的氧化还原酶,可通过过氧化氢作为电子受体催化过氧化物酶底物的氧化。天然过氧化物酶的特异性好、催化效率高,已广泛应用于许多生化分析中。但由于其生产成本太高、不易保存、对酸碱和高温的耐受性不好,很大程度上制约了其实际应用。近年来,人工过氧化物酶由于可以长期储存,成本低和在极端条件下的耐受性好而备受关注,被认为是天然过氧化物酶的替代品。但有些非生物过氧化物模拟酶通常需要复杂的制备和修饰过程,并且其活性之间存在批次间差异。因此,非常需要开发基于天然酶的人造过氧化物模拟酶。无花果酶是一种天然的巯基蛋白酶,同时还具有过氧化物模拟酶活性。但是无花果酶的过氧化物酶活性相对较低,这在某些方面限制了它的应用。在本文中,为了增强无花果酶的过氧化物模拟酶活性,将其封装在介孔金属有机框架中形成ficin@PCN-333(Fe)复合物,或用N-乙基马来酰亚胺(NEM)和三(2-羧乙基)膦盐酸盐(TCEP)合理封闭无花果酶的巯基合成ficin-NEM(ficin-N)和ficin-TCEP-NEM(ficin-TN);此外,利用TMB-H2O2显色体系证实上述三种无花果酶衍生物在生物分析检测中的实际应用,实现了对人血清中半胱氨酸和葡萄糖的分析检测。(1)本文用4,4′,4″-s-三嗪-2,4,6-三甲基三苯甲酸(H3TATB)、无水氯化铁和三氟乙酸为原料,制备了一种介孔金属有机框架PCN-333(Fe),并用其来封装无花果酶形成ficin@PCN-333(Fe)复合物。结果发现,ficin@PCN-333(Fe)的过氧化物模拟酶活性比无花果酶增加了约3倍,且动力学参数表明ficin@PCN-333(Fe)对TMB和H2O2的亲和力和催化常数更高。利用ficin@PCN-333(Fe)更高的催化性能,我们开发了一种具有高灵敏度和选择性的比色法来检测葡萄糖,其检出限为97nM,且成功用于人血清中葡萄糖的检测。(2)采用了两种方法合理封闭巯基制得了两种无花果酶衍生物:(1)用NEM直接封闭无花果酶的两个游离巯基得到ficin-N;(2)先用TCEP打断无花果酶的三对二硫键,然后用NEM封闭八个游离的巯基得到了ficin-TN。与无花果酶相比,ficin-N和ficin-TN的过氧化物酶活性分别增加了约2.5倍和5倍。由于巯基会抑制无花果酶的催化活性,所以在最佳条件下基于ficin-TN增强的过氧化物酶活性构建了一种比色检测巯基化合物的方法。该方法灵敏度高,可用于人血清中半胱氨酸的检测。(3)由于巯基对无花果蛋白酶的活性非常重要,所以本文中对无花果酶的巯基进行完全封闭后得到的ficin-TN具有降低的蛋白酶活性,同时还具有增强的过氧化物酶活性。基于此,开发了一种具有高灵敏度和高选择性的比色法用于一步法检测葡萄糖。与无花果酶相比,ficin-TN具有更宽的检测范围和更低的检出限(88nM),并且与其他两步法相比,我们提出的一步法更简单,省时。此外,该方法可用于人血清中葡萄糖的检测,具有广阔的应用前景。
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