实验方法

酶在非孔玻璃表面的共价固定化实验

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由于玻璃对强酸和溶剂有抵抗能力,并且它具有紧密的固体结构,因此在技术过程方面成为了酶固定的有价值的材料。然而,严重的缺点是玻璃的惰性和较小的可接受表面。为了引入反应基到惰性玻璃表面,必须在固定反应之前硅烷化。


来源:《酶学实验手册》

基本方案

实验原理

用 1 mm 直径的玻璃珠,通过与硅烷成分的反应来实现玻璃表面的活化,从而引入氨基。通过对硝基苯酰氯化物的进一步修饰,硝基被加到氨基上,氨基和亚硝基一起被转变为阳离子重盐,酶通过酪氨酰残基被连接(图 1)。



图 1 硅烷化玻璃表面和共价固定化酶。Ⅰ 硅烷化玻璃表面的 Si-OH 基团用 3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(3-aminopropyl-triethoxysilane);Ⅱ 通过 p-硝基苯酰氯化物衍生氨末端;Ⅲ 用连二亚硫酸钠减少硝基;Ⅳ 用亚硝酸形成阳离子重盐;Ⅴ 酶通过酪胺酰残基被连接

实验材料

酶溶液

仪器/耗材

玻璃珠子

实验步骤

1. 玻璃珠的活性


玻璃珠(10 g)在 40 ml 5% 硝酸中 80~90℃ 加热 1 h。其后珠子用蒸馏水洗三次,并被转移到 PE 容器中避免硅烷化和酶固定到长颈瓶的壁上。添加水(10 ml)和 3 g 3-氨基丙基-三乙氧基硅烷,pH 先用浓 HCl 调节,最终用 2 mol/L 的 HCl 将 pH 调到 3~4,用 pH 指示纸来检测(pH 电极会被损坏)。反应的混合物在 65℃ 中孵化 12 h,之后珠子在吸滤器(瓷器,无玻璃粉)上用水冲洗 5 次,用丙酮冲洗 3 次(每次 20 ml)。最后珠子在 55℃ 干燥 20 min。


2. 重氮化作用


后面的程序必须用玻璃容器。为了玻璃珠子的活化,添加 25 ml 二氯甲醇、1.5 g 三乙胺和 5 g 对硝基苯酰氯化物,回流煮沸 4 h,要避免潮湿。珠子用 10 ml 二氯甲醇冲洗 3 次,在 55℃ 短暂干燥。之后为了自由氨基的重氮化作用,这些珠子被转移到含 1 g NaNO2 的 100 ml 2 mol/L HCl 溶液中,在室温静置 20 min。用水剧烈地冲洗珠子后,将珠子在 40 ml 含 2 g 连二亚硫酸钠的 40 ml 水溶液中回流 lh。芳基胺珠子形成,用 20 ml 的水冲洗三次,转移到圆底的长颈瓶中,添加 88 ml 的 2 mol/L HCl。长颈瓶被安装在旋转的脱水器上,在冰浴中旋转,保证在 0℃ 冰浴。在 20 min 内,将 1.12 g 的 NaNO2 慢慢地添加一部分,在其间长颈瓶在非真空状态下一直转动,在添加了最后一部分之后,长颈瓶必须用一个弱的喷水式真空推进器旋转 10 min(大约 20 mbar),用于排出含氮气体。产生的重氮基玻璃用 20 ml 的冰水冲洗 3 次,之后必须马上用于固定。在用于固定之前的这段时间必须保存于 4℃。


3. 酶的固定


酶溶液(10 mg 溶于 10 ml 的 0.1 mol/L pH 7.5 磷酸钾)被添加到玻璃珠子中,长颈瓶在 4℃缓慢旋转过夜(12~16 h)。其后玻璃珠子用 5 ml 0.1 mol/L pH 7.5 的磷酸钾缓冲液冲洗 3 次。浮在表面的缓冲溶液被收集,用来决定未被固定的蛋白质和酶的活性,用这种方法来评估固定的效率

注意事项

在操作中一定要注意有毒试剂和侵蚀性试剂。避免使用磁力搅拌器,因为它会损坏玻璃表面的修饰。

其他