核糖核酸酶A在丁酸十二铵-环己烷反胶束溶液中的催化动力学

研究了核糖核酸酶A(RNaseA)在丁酸十二铵(DAB)-环己烷反胶束溶液中催化水解胞苷2',3'-环单磷酸酯的动力学,数据符合Michaelis-Menten酶催化机理.以k_cat/K_m表示酶催化活性时,Rnase A在反胶束溶液中的催化活性是在水溶液中的14～30倍.无论是固定DAB浓度还是固定H₂O与DAB浓度之比,随增溶水量的增加,k_cat/K_m呈下降趋势.     

苹果酸酶结合域定点突变对烟酰胺腺嘌呤二核苷酸类似物催化性能的影响

通过对苹果酸酶(ME)辅酶结合域L310、Q401、L404饱和位点突变库与辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD⁺)类似物库的高通量筛选,研究了苹果酸酶结合域位点对NAD⁺及其类似物(B1~B7)催化活性的影响。 结果表明,突变后酶ME-Q401H/L404T对类似物B4的k_cat/K_m是野生型酶的50倍;突变后酶ME-L310M/Q401N对类似物B4的k_cat/K_m是野生型酶的16倍,对类似物B3的k_cat/K_m是野生型酶的5倍,因此通过对结合域定点突变,NAD⁺类似物的催化活性得到提高。     

带有苯酚侧臂的四氮大环Zn(Ⅱ)配合物催化羧酸酯水解研究

合成并表征了在大环侧臂引入取代苯酚作为功能基团的新型四氮大环配体(L₁,L₂和L₃).对配体L₃的质子化过程及其与Zn(Ⅱ)的配位过程的研究表明,配体中的酚羟基与四氮大环环中的质子之间存在较强的氢键.测得配体及配合物中酚羟基的pK_a分别为8.3和8.5.考察了上述3个配体的Zn(Ⅱ)配合物作为水解锌酶的模拟物催化对硝基苯酚乙酸酯(NA)水解的动力学行为,测得它们催化NA水解的二级反应速率常数k_c/［(mol/L^-1·s^-1］分别为3.48×10^-2、1.52×10^-2和2.85×10^-2.     

微量热法研究过氧化氢酶反应

利用微量热法和热动力学方程研究了过氢化氢酶反应.该反应遵循Michaelis-Menten动力学,298.15K和pH7.0时,其米氏常数、酶转换数以及摩尔反应焓分别为2.36×10^-2mol/L、1.20×10⁴s^-1和-83.67kJ·mol^-1.过氧化氢酶反应后期对底物是一级反应,其总反应速度常数和一级速度常数分别为k_o=6.31×10⁵L·mol^-1·s^-1和k₁=6.31×10⁵/[E_o]s^-1.该反应服从Ogura机理,其酶-底物三元复合物的分解速度常数为6.00×10³s^-1.     

聚吡唑硼酸盐钒氧配合物的合成及对苯酚红催化溴化活性

在室温溶液反应中设计合成了一个新的三聚-4碘代吡唑硼酸的钒氧配合物:[VO(C₆H₉O₂)(Tp^4I)]·2H₂O(Tp^4I=三聚-4-碘代吡唑硼酸盐)。 通过元素分析、红外光谱、紫外光谱、热重、X射线粉末和单晶衍射等技术手段对其结构进行了表征。 以苯酚红为底物,在过氧化氢的存在下,进行仿生催化溴化的研究。 结构分析表明,中心金属钒为6配位,与配位原子形成了一个八面体几何构型。 配体三聚4-碘吡唑硼酸盐(Tp^4I)采取三齿螯合配位模式。 在仿生催化溴化实验中,配合物对苯酚红的溴化氧化反应表现出良好的催化活性,催化该反应体系的反应速率常数达到k=2.826×10² (mol/L)^-2·s^-1。 同时将此反应体系应用于过氧化氢的检测。     

三(2-苯并咪唑甲基)胺-锌(Ⅱ)配合物模拟水解酶催化酯类水解研究

研究了三(2-苯并咪唑甲基)胺-锌(II)配合物作为水解酶模拟物催化乙酸对硝基苯酯(NA)水解动力学.结果表明,催化水解速率对NA及配合物浓度呈一级反应.水解速率遵循速率方程v=(k_cat[Zn]＋k_OH[OH^－]＋k₀)[NA].在298K,I=0.10mol/LKNO₃,0.02mol/LTris,40％CH₃CN水溶液中,二级反应速率常数k_cat和k_OH分别为0.12、1.45mol^－1·L·S^－1,k₀为NA溶剂解的速率常数,其值为3.70×10^－6s^－1.与10％CH₃CN溶液中的k₀值相比,40％CH₃CN水溶液中的k₀值明显降低.本研究表明三(2-苯并咪唑甲基)胺-锌(II)配合物能有效地催化NA的水解.配合物对NA水解的催化作用受酸碱平衡控制.根据实验结果提出了催化反应的机理.     

电子转移途径中芳香族氨基酸的引入提高了细胞色素P450s的催化性能（英文）

细胞色素P450s是用于生物合成的多功能催化剂.在P450催化循环中,需要两个电子来还原血红素铁,并通过电子转移途径(eTPs)激活随后的还原,该步骤是反应的限速步骤.本文重新设计了巨大芽孢杆菌P450 BM3的e TPs,大幅提高了其催化性能.通过在P450 BM3的e TP中引入芳香族氨基酸,“最佳”变体P2H02(A399Y/Q403F)的催化效率比P450 BM3野生型催化效率提高了12.9倍(k_cat/K_M从65.8 L mol^-1 s^-1提高到913.5 L mol^-1 s^-1).分子动力学模拟和电子传递分析表明,在辅因子FMN和血红素之间引入的芳香族氨基酸可以显著提高电子转移速率和酶催化性能.同时,在电子传递途径中引入酪氨酸可以保护P450的催化中心,使其避免被氧化性中间产物所破坏,从而提高其催化效率.此外,引入芳香族氨基酸的策略被证明对其他P450(如CYP116B3)同样有效,改造后的酶表现出显著提高的催化效率.综上,本文策略有望拓展到其...     

基于蛋白质骨架的人工水解酶的理性设计

蛋白质是生命体的重要组成部分,其中生物酶在生命体系中发挥至关重要的作用。蛋白质分子设计是研究生物酶结构与功能关系的重要手段。本文综述了基于蛋白质骨架的人工水解酶的理性设计与功能研究进展,包括对天然蛋白的重新利用和重新改造,基于3-股螺旋、4-股螺旋或锌指蛋白的分子设计,以及血红蛋白(如细胞色素b₅和肌红蛋白突变体)水解酶催化活性的调控等,阐明了人工水解酶分子设计的基本思路与研究方法,为合理构建人工水解酶或其他生物酶提供了重要的信息。人工水解酶的理性设计进展,不但深化我们对天然酶结构-性质-反应-功能关系的认识,而且还提升我们创造具有优越功能的人工生物酶的能力。     

石墨烯量子点功能化金纳米粒子的制备及作为过氧化物模拟酶用于葡萄糖检测

基于石墨烯量子点（GQD）的还原性,在无需外加保护剂的条件下,采用一步法成功制备了稳定性高、分散性好的石墨烯量子点功能化的金纳米粒子（GQD@AuNPs）.所制备的GQD@AuNPs有优良的过氧化物模拟酶催化活性,能够有效地催化H₂O₂氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺（TMB）产生显色反应.以TMB为模型底物,研究了催化条件（温度和pH）对催化活性的影响.电子自旋共振光谱（ESR）结果表明,GQD@AuNPs与辣根过氧化物酶（HRP）类似,能有效地催化H₂O₂分解成羟基自由基（^·OH）.基于此,结合葡萄糖在葡萄糖氧化酶（GOx）作用下产生H₂O₂的原理,建立了可视化检测血清中葡萄糖含量的简便方法.在优化条件下,本方法的检测范围为2.0×l0^-6～4.0×l0^-5 mol·L^-1,检出限为3.0×l0^-7 mol·L^-1,并对实际样品进行测定,测定结果与临床结果一致.     

重组β-木糖苷酶转化人参皂苷Rb3及C-Mx

从Aspergillus niger NG1306菌株中扩增得到β-木糖苷酶基因anxyl, 与pPICZαA连接构建了表达载体pPICZαA-anxyl, 进一步在毕赤酵母KM71H中诱导表达获得了目的酶蛋白重组β-木糖苷酶(Anxyl); 并将其用于人参皂苷Rb₃及C-Mx的生物转化及催化动力学参数表征. 研究结果表明, Anxyl可将人参皂苷Rb₃和C-Mx分别转化为人参皂苷Rd和C-K. 酶学性质研究表明, 该酶最适反应pH=2.5, 最适反应温度为35 ℃; 在pH=2.0~5.0, 20和30 ℃条件下其具有较好的稳定性, Mg²⁺对酶活具有促进作用. Anxyl对葡萄糖和乙醇有较好的耐受性, 其催化对硝基苯基-β-D-吡喃木糖苷(pNPX)、 人参皂苷Rb₃和C-Mx水解的米氏常数(K_m)值分别为3.1, 1.55和1.04 mmol/L, 酶的最大反应速率(V_max)分别为1.9×10², 0.8×10³和8×10³ mmol/min, 酶的转换数(K_cat)值分别为5.55, 0.17和1.85 s^-1, 表明该酶对天然底物Rb₃和C-Mx具有更高的亲和力.     

Keggin结构稀土钼钒磷四元杂多配合物的合成、表征及苯酚羟化制苯二酚的催化活性

合成了5种通式为(NH₄)₁₅[RE(PMo₉V₂O₃₉)₂]·xH₂O(RE=La³⁺,Ce³⁺,Gd³⁺,Y³⁺,Yb³⁺)的稀土钼钒磷四元杂多配合物,并用IR,UV,XRD,ICP,TG-DTA和CV等手段对其结构和性能进行了表征.催化活性实验表明,标题化合物对苯酚过氧化氢羟化制苯二酚反应有良好的催化活性.     

铝卟啉折叠催化剂催化二氧化碳/环氧化物共聚反应

折叠催化剂因具有“类酶”的二级结构,被广泛应用于小分子化合物合成,然而其在高分子合成中的应用却鲜有报道.基于双氨基功能化的铝卟啉与2,5-吡啶二甲酰氯的缩聚反应,本文报道了一种铝卟啉芳香酰胺折叠体催化剂,有效(300～1250 h^-1)、高选择性(99%)地催化了二氧化碳(CO₂)与环氧化物的共聚反应.值得一提的是,该催化剂可以实现无助催化剂条件下CO₂和环氧丙烷的共聚,催化活性可达525 h^-1,同时聚合物选择性在95%以上,并且在80℃下表现出“类酶”的最佳温度特性.在催化CO₂与环氧环己烷共聚时,催化活性与二氧化碳压力(1～7 MPa)呈线性正相关关系,催化活性最高可达1250 h^-1,聚合物选择性和碳酸酯单元含量保持在99%以上.本文报道的铝卟啉折叠体催化剂为芳香酰胺折叠体在催化领域的发展提供了借鉴,同时也进一步拓展了折叠催化在高分子合成中的应用.     

trz-Cl-Cu-PMo12的合成、 表征及催化氧化碘离子性能

以H₃PMo₁₂O₄₀为前驱体, 采用水热法使1,2,4-三氮唑-3-甲酸进行原位脱羧后, 合成了1,2,4-三氮唑修饰的Keggin型多金属氧酸盐基金属-有机框架化合物(trz-Cl-Cu-PMo₁₂), 并通过X射线单晶衍射、 红外光谱(IR)、 热重分析(TG)、 X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)及元素分析等手段对其进行了表征. X射线单晶衍射及元素分析表明, 该晶体化合物的结构式为[Cu₆Cl_0.5(C₂H₂N₃)₄][PMo₁₂O₄₀][Cu₆Cl_0.5(C₂H₂N₃)₄], 且由1个经典的 Keggin 型[PMo₁₂O₄₀]^3-和2个[Cu₆Cl_0.5(C₂H₂N₃)₄]^1.5+以近似中心对称的方式构成, 各组分之间通过超分子作用形成一维(1D)~三维(3D)结构. 催化性能研究结果表明, 该非均相催化剂在催化过氧化氢氧化碘离子为碘单质的反应中, 经4 min 35 s到达终点时, 反应速率高达1.42×10^-5 mol·L^-1· s^-1, 碘单质生成速率提高了约551倍. 催化剂重复使用8次, 转化率仍然高达99.6%, 表现出优异的催化活性, 且具有良好的可重复性.     

双金属氰化络合物及其催化的聚合反应

本文综述了双金属氰化络合物及其催化的环氧化物参与的聚合反应研究。双金属氰化络合物是由其内界金属M^Ⅱ通过氰基与外界金属M^Ⅰ连接形成的含 M^Ⅱ-C≡N-M^Ⅰ 桥键的三维网络状无机高分子(M^Ⅰ一般为Zn²⁺、Fe²⁺、Co²⁺和Ni²⁺等二价金属离子,M^Ⅱ一般为Fe²⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Co³⁺和Ni²⁺等过渡金属离子)。外界金属M^Ⅰ一般被认为是催化反应的活性中心金属。该类催化剂早期被用于催化环氧化物开环聚合,并逐步发展成为合成中高分子量、低不饱和度聚醚多元醇的极高效催化剂。近年来该类催化剂被用来催化环氧化物/环状酸酐共聚、环氧化物/CX₂(X≡O,S)共聚和环氧化物/环状酸酐/CO₂三元共聚反应合成聚酯、聚碳酸酯、聚(醚-碳酸酯)、聚硫代碳酸酯和聚(碳酸酯-酯)等具有生物降解性的聚合物。尤其对氧化环己烯(CHO)与CO₂(或酸酐)共聚,锌-钴双金属氰化络合物表现出了极高的催化活性和选择性。结合本研究组十多年的研究结果,本文讨论了双金属氰化络合物催化活性中心的可能结构和催化机理,提出了双金属氰化络合物催化聚合的共性难题和解决这些问题的方向。     

Cu修饰的MCM-41的合成、表征及对芳烃羟化反应催化作用的研究

利用MCM-41形成过程中协同自组装的特点,在合成过程中引入Cu(NH₃)₄²⁺,制备出过渡金属表面修饰的纯硅介孔分子筛Cu-MCM-41,采用XRD,ICP,ESR,N₂吸附等手段确定Cu处于MCM-41的表面,取代了端羟基中氢的位置,与骨架桥氧和硅羟基中的氧配位.利用苯酚羟化反应为探针,考察了Cu-MCM-41的催化活性.结果表明,Cu-MCM-41具有很高的苯酚羟化活性,与TS-1分子筛的催化效果相当,对萘酚的羟化活性也较高.     

乙腈溶液中NO3自由基与联苯的反应机理

以硝酸铈铵乙腈溶液激光闪光光解产生的NO₃自由基在无氧条件下与联苯作用,采用瞬态光谱技术和GC-MS技术分别对反应过程中产生的中间瞬态产物以及反应的最终产物进行了分析,对反应历程作了明确推断.研究表明,NO₃自由基首先从联苯的苯环上夺取电子形成电荷转移复合物,二级反应速率常数为8.24×10⁹L·mol^-1·s^-1;进而通过消除反应在苯环上定位形成邻-硝基联苯和对-硝基联苯,电荷转移复合物衰减表观的一级反应速率常数为2.30×10⁵s^-1.     

Al-MOF基多级孔Al2O3固定化酶反应器的构筑及构效关系研究

针对生物酶在固相载体负载后存在的催化活性与稳定性之间“此消彼长”的问题, 本工作采用“自牺牲模板”策略以铝基金属有机骨架材料(Al-MOF)为前驱体设计制备多级孔Al₂O₃ (MHAl₂O₃)材料, 再以“聚多巴胺(PDA)”仿生膜对材料表面进行功能化修饰后用以固载辣根过氧化物酶(HRP). 通过调节前驱体的煅烧温度来实现载体孔径大小的调控, 探讨了载体的孔道限域效应对固定化酶反应器催化活性的影响, 所得固定化酶反应器的热稳定性和重复使用性显著提高. 为了解析固定化酶反应器的构效关系, 采用酶动力学和热动力学参数研究了固定化酶反应器催化过程中酶与底物的相互作用, 结果表明固载后酶分子对底物的亲和性和专一性得到提升. 将固定化酶反应器用于模拟废水中苯胺黑药的催化降解时, 表现出非常高效的催化效率.     

团簇Au/CeO2的制备及其催化CO氧化反应构效关系的研究

负载型Au催化剂因其在诸多反应过程中的高催化活性而备受研究者关注.然而针对负载型催化剂中Au物种结构的有效调控,以及催化过程中真实构-效关系的探索一直充满了挑战.用CeO₂为Au物种担载基底,通过简单煅烧处理引起的CeO₂结构变化,进而实现Au/CeO₂之间界面作用力的调控.此研究发现Au纳米颗粒中Au⁰物种具备更为高效的催化室温CO氧化活性,结合多种原位表征分析,其室温条件下催化转化效率更依赖于CO吸附能力.而相比于单原子Au₁和纳米Au颗粒,所制备的团簇Au/CeO₂催化剂在较高温度(>50℃)展现出优异的催化CO氧化反应性能.随着温度升高,催化剂表界面O参与的MvK反应路径更易发生,因此具有更多表界面活性O物种和Au^δ+位点的团簇Au/CeO₂催化剂展现出最为优异的催化CO氧化性能.这些发现为高效负载型Au催化剂的制备提供了新思路并深化了对Au/CeO₂催化作用机制的理解.     

固酶氮掺杂碳纳米复合物基燃料电池性能

利用掺杂氮介孔材料(NDMPC)和羧甲基壳聚糖(CMCH)机械共混的纳米复合物作为固酶载体,以滴涂-干燥法分别制备了固定漆酶(Lac)阴极和固定葡萄糖氧化酶阳极,组装了有Nafion离子交换膜的葡萄糖/O₂酶燃料电池.固定漆酶电极作为燃料电池阴极和氧电化学传感器的性能以结合旋转圆盘电极技术的循环伏安法、线性扫描伏安(LSV)法以及计时电流法进行表征,同时使用紫外-可见分光光度法和石墨炉原子吸收光谱法研究酶分子在电极表面的构型和估算电极表面载体对酶的担载量.测试结果表明:固酶阴极在无电子中介体时可以实现漆酶活性中心T₁与导电基体之间的直接电子迁移(表观电子迁移速率为0.013 s^-1),而且具有较小的氧还原超电势(150 mV).通过进一步定量比较分子内电子传递速率(1000 s^-1)、底物转化速率(0.023 s^-1)以及前述酶-导电基体间电子迁移速率,可以发现此电极催化氧还原循环受制于酶-电极之间的电子迁移过程;这种电极对氧的传感性能良好:低检测限(0.04 μmol·dm^-3)、高灵敏度(12.1 μA·μmol^-1·dm³)和良好的对氧亲和力(K_M = 8.2 μmol·dm^-3),这种固酶阴极还具有良好的重现性、长期使用性、热稳定性和pH耐受性.组装的生物燃料电池的开路电压为0.38 V,最大能量输出密度为19.2 μW·cm^-2,最佳工作条件下使用3周后输出功率密度仍可保持初始值的60%以上.     

固体酸S2O82-/Nb2O5/La3+的制备、表征及催化合成乙酸正丁酯

以Nb₂O₅为载体,浸渍法研制固体酸（S₂O₈^2-/Nb₂O₅/La⁺）催化剂,经SEM、XRD和EDS表征,考察了固体酸的焙烧温度、陈化时间及S₂O₈^2-浓度等因素对该催化剂催化活性的影响。结果表明：在(NH₄)₂S₂O₈浓度为1 mol/L、浸渍时间18 h、w(La³⁺)=3%（基于Nb₂O₅的质量）、焙烧温度为500 ℃时,制备出最高催化效果的催化剂。接着考察了其催化合成乙酸正丁酯的催化活性,通过正交实验确定了反应的最佳条件：n(正丁醇)/n(冰醋酸）=2.0/1.0、催化剂用量w（S₂O₈^2-/Nb₂O₅/La³⁺）=2.9%（基于反应物质量）、反应温度为125 ℃,反应时间为3.0 h,酯化率为95.70%。催化剂循环利用3次后仍有90.1%的酯化率。