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青霉素G酰化酶(Penicillin G acylase,简称PGA,EC3.5.1.11)广泛用于酶法制备β-内酰胺抗生素中间体6-氨基青霉烷酸(6-APA)和7-氨基-3-脱乙酰氧基头孢烷酸(7-ADCA)。该酶还能催化合成多种以6-APA或7-ADCA为母核的半合成青霉素或头孢菌素。此外,青霉素G酰化酶亦应用于手性化合物的拆分和肽类合成中脱除保护基反应。青霉素G酰化酶有着巨大的工业应用价值,但游离酶对反应温度、pH、有机溶剂等的耐受性较差,且难以回收利用,因此国内外对青霉素G酰化酶的固定化进行了广泛的研究。
本文通过正硅酸乙酯的水解缩合,合成具有较大孔径的介孔材料MCFs,再在微波辐射下参照常规方法将青霉素G酰化酶固定在其表面及孔道中。以固定化酶相对活力和活力回收为指标,讨论了微波辐射功率、加酶量、温度、时间、pH等不同固定化条件对固定化酶的影响。本文考察对比了游离酶与固定化酶催化水解反应的最适pH值、最适温度、米氏常数、活性位点数以及固定化酶的热稳定性、连续操作稳定性和贮存稳定性。实验结果如下:
1.制备了粒径约为300~400nm的介孔材料MCFs,平均孔径26.06nm,比表面积为331.43m2/g,孔体积及孔径分布集中,比表面积大。
2.当微波功率为300W,加酶量为60mg/g,固定化温度为20℃,pH为8.0,时间为140s时,固定化湿酶活力为1191.3U/g,活力回收高达166.7%。与常规方法相比,微波辅助固定化活力回收提高30%以上,固定化时间由12h大幅缩短至140s。
3.与游离酶相比,青霉素G酰化酶经微波辐射固定化后,活性位点数及其对底物的表观亲和力有所提高,且两者均略高于常规方法制备的固定化青霉素G酰化酶。
4.游离酶和微波辐射固定化酶催化反应的最适pH值分别为8.5和8.0,最适温度分别为45℃和50℃。固定化酶适用的pH和温度范围比游离酶更加广泛。
5.微波辐射固定化酶具有良好的连续操作稳定性,连续反应10个批次,酶活仍保持在初始活力的70%以上;且比游离酶具有较好的热稳定性,固定化酶在50℃下保温2h,残余活力仍然保持在85%以上。微波辐射为青霉素G酰化酶的固定化提供了一条新的途径。