[發明專利]一種蛋白質與無定形金屬有機骨架復合物及其制備方法

有效

• 申請號: 201910384718.8
• 申請日: 2019-05-09
• 公開（公告）號: CN111909924B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 戈鈞;吳曉玲;侯淼
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C12N11/14
• 分類號: C12N11/14;C12N11/02;C07K17/14;C07K17/02
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 王春霞

本發明公開了一種蛋白質與無定形金屬有機骨架復合物及其制備方法。所述有機骨架復合物具有2nm～50nm介孔結構，制備方法包括如下步驟：蛋白質、鋅離子和有機配體在溶劑中進行反即得，有機配體為含有咪唑基團的化合物；蛋白質為細胞色素C、細胞色素P450、辣根過氧化物酶、乙醇脫氫酶、脂肪酶、乙酰膽堿酯酶、漆酶、綠色熒光蛋白、葡萄糖脫氫酶、葡萄糖氧化酶、胰蛋白酶、枯草桿菌蛋白酶、碳酸酐酶、醛酮還原酶、淀粉酶、蔗糖酶、超氧化物歧化酶、脲酶、過氧化氫酶中任一種或幾種的組合。本發明提供的蛋白質與無定形金屬有機骨架復合物的制備方法操作簡單、條件溫和、所得產品蛋白包埋率高、蛋白穩定性好、蛋白的生物活性得到較大程度保留。

技術領域

本發明涉及一種蛋白質與無定形金屬有機骨架復合物及其制備方法，屬于生物材料制備技術領域。

背景技術

蛋白質具有豐富的生理功能和催化功能。金屬有機骨架化合物，是由金屬離子與有機配體配位合成的一種復合物，它具有孔結構豐富、比表面積大、化學穩定性好、結構可調控等優點，在催化和分離等領域中都有著很好應用前景。將蛋白質和金屬有機骨架化合物相結合，構建蛋白質-金屬有機骨架復合物，近年來受到人們廣泛關注，在生物催化、藥物遞送、分析檢測等領域都有望發揮重要作用。

前期的專利和文獻報道中，都是采用蛋白質與結晶的金屬有機骨架化合物結合，制備具有催化功能的復合物。蛋白-結晶態金屬有機骨架復合物的制備方法主要包括兩類：1)一步法。中國專利申請號CN104087572A公布了一步共沉淀制備蛋白與結晶金屬有機骨架復合物的方法，通過蛋白質、鋅離子與有機配位在溶劑中通過一步反應得到酶-晶態金屬有機骨架復合物。2)兩步法。首先合成與蛋白分子尺寸相匹配的介孔型金屬有機骨架材料，再利用吸附法將酶分子吸附到孔道內部(P.Li et al.,J.Am. Chem.Soc.,2016,26,8052-8055；P.Li et al.,Chem,2018,5,1022-1034)。第一類制備方法采用結晶態金屬有機骨架化合物，通常為微孔結構(孔徑在0～2nm之間)，過小的孔結構一方面限制了內部蛋白質在催化過程中的構象變化，另一方面也限制了底物的傳質過程，因此制備的復合物活性比天然酶低很多。第二類方法中與蛋白尺寸相匹配的介孔金屬有機骨架材料需要首先合成復雜有機配體，再與金屬離子配位形成介孔材料，而復雜有機配體通常需要多步有機合成反應，合成步驟繁瑣，收率低，能耗高。

無定形金屬有機骨架化合物保留了金屬有機骨架化合物的基本配位結構，但是缺少長程有序結構。與結晶態的金屬有機骨架材料相比，這種無定形金屬有機骨架化合物展現出了更高的機械強度、熱穩定性和豐富的孔徑分布，具有很高的應用價值。相比于結晶型的金屬有機骨架化合物作為酶固定化的載體，如果能將無定形金屬有機骨架作為載體，將具有以下特別的優勢：無定形金屬有機骨架化合物缺少長程有序結構，不結晶，金屬離子和配體之間的配位存在缺陷，導致內部形成了較多的介孔(可為 20～30nm)。這些無定形態較大的介孔將有利于底物傳質，有利于提高酶的表觀催化活性。

但是，目前難以通過簡便溫和的條件合成無定型金屬有機骨架，并通過一步法將酶分子包埋其中。無定型金屬有機骨架化合物現有的合成方法包括機械研磨、高溫加熱、高壓等物理方式。在這些合成過程中，都比較難以加入酶分子進行一步法的原位包埋。例如，機械研磨法通過研磨產生的局部溫度升高加機械外力使其晶格發生變形，從而得到無定型金屬有機骨架材料，在此過程中酶容易失活。而高溫加熱則是通過控制已有晶體的晶格節點離子發生無規律不可控的熱運動，從而破壞其規則結構，在此溫度下，酶同樣容易失活。而Gpa級別的高壓制備條件同樣無法使酶分子很好保留其活性。

因此，目前無法采用上述物理方法進行有生物活性的蛋白質與無定形金屬有機骨架復合物的一步法制備。尋找一種簡便高效的蛋白質與無定形金屬有機骨架復合物的制備方法具有非常重要的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種無定形金屬有機骨架化合物、蛋白質與無定形金屬有機骨架復合物及它們的制備方法，該方法主要通過調控反應物與溶劑的配比來完成制備，具有操作簡單、條件溫和、穩定性好、蛋白包埋率高、所得復合物生物催化活性高等特點。