親和性官能基修飾中孔洞矽膠材料用於蛋白質固定及催化反應

Affinity ligand-modified mesoporous silica for specific protein immobilization and catalysis

林佑忠(Yu-Chung Lin)

指導教授 ： 陳昭岑

國立臺灣大學/理學院/化學研究所/博士(2007年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2007.00370

摘要

蛋白質固定化在中孔洞矽膠材料內，最常見的策略就是物理吸附，但物理吸附有蛋白質溶濾的缺點；而化學吸附則因產生化學鍵，導致蛋白質吸附為不可逆。為了解決上述的問題，因此應用配位基-受體作用、金屬離子配位來開發新的固定化策略，期望達到專一性且可逆的固定化。我們開發了兩種不同型態親和性官能基修飾中孔洞材料應用於蛋白質/酵素固定及催化反應。
首先，我們應用醣配基與醣受體蛋白可以專一辨識結合的特性，開發了一系列醣基修飾中孔洞材料來辨識及純化不同醣受體蛋白。研究中使用牛血清蛋白 (BSA)、甘露糖受體蛋白 (Con A)、甘露糖受體蛋白 (LCA) 與甘露糖配基修飾中孔洞材料作用。從膠體電泳實驗證實醣受體蛋白可以專一性地與甘露糖配基修飾中孔洞材料結合，並且經由甘露糖競爭而釋放醣受體蛋白。同時基質輔助雷射脫附游離法飛行時間質譜，也證實了甘露糖配基修飾中孔洞材料可以應用於純化醣受體蛋白。研究發現，孔洞大小對於醣受體蛋白的固定化含量有影響，顯示了有分子篩的效應。除此之外，我們開發的N-乙醯葡萄糖胺修飾中孔洞材料也對於N-乙醯葡萄糖胺受體蛋白 (WGA) 有很高的結合專一性，可以辨識結合並且經由競爭而釋放醣受體蛋白。
其次，我們利用金屬離子親和管柱層析 (Metal-Chelate Affinity Chromatography，MCAC) 的方法，發展可逆結合的酵素固定化的策略。將三乙酸胺基 (NTA) 修飾在中孔洞矽膠材料內，經過鎳離子螯合後，可以與組胺酸鏈配位結合。因此有組胺酸鏈的酵素可以與其作用而專一性地被固定化在中孔洞矽膠內。從膠體電泳及基質輔助雷射脫附游離法飛行時間質譜，也證實含有組胺酸鏈的酵素，可以專一性地固定化在三乙酸胺基修飾中孔洞矽膠材料內，同時藉由加入競爭配基 (imidazole) 可以將固定化的酵素純化分離。而在酵素活性實驗中，固定化的組胺酸鏈修飾過氧化酶保有其酵素催化反應活性，同時也藉由中孔洞材料保護酵素，增加了過氧化酶的熱穩定性。
我們成功地製備兩種不同型態親和性官能基修飾中孔洞材料應用於蛋白質/酵素固定及催化反應：醣基修飾中孔洞材料，透過配位基-受體作用與目標醣受體蛋白進行可逆的結合，並且純化醣受體蛋白；三乙酸胺基修飾中孔洞矽膠材料，透過金屬離子配位，將含有組胺酸鏈的酵素純化、固定化並且進行催化反應。

關鍵字

中孔洞矽膠材料

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mesoporous silica materials

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