树状聚烯烃-阳离子聚苯撑乙炔的设计合成及其酶活性增强行为的研究

In this project, a new system based on dendritic polyethylene-cationic poly(p-phenylene ethynylene) polyvalent nanomicellar will be developed for dramatically enhanced enzymatic activity after immobilization with electrostatic interactions, benefiting from the combination of the enzymatic entrapment and microenvironment of its hierarchical structure. By using the design of cationic PPE chains anchored to the chain ends of the dendritic polyethylene (DPE), we plan to implement the synthesis of the polyvalent nanomicellar with different structural parameters and this design will provide a platform to investigate the relationship of the structure and property at the molecular level, microenvironment and immobilized enzyme catalytic kinetics, which will be helpful to understand salt-triggered enhancemen of enzymatic activity and the mechanism of enhanced enzymatic activity. These results directed this newly designed system of polyvalent nanocarrier to have a promising development for immobilized enzymes in/on nanostructured materials with greatly enhanced activities, and to provide an effective method for the new system and new strategy of immobilized general enzymes with greatly enhanced activities. It is important for the polyvalent nanomicellar to establish the relationship of the structure, microenvironment and dramatically enhanced enzymatic activity behaviour based on the systematic studies.

本项目利用多价树状聚合物纳米胶束的静电相互作用固定酶、树状聚合物纳米胶束的多级结构的微环境及其包裹酶的协同效应，实现其固定化酶的活性显著增强。通过把具有本征荧光的阳离子聚苯撑乙炔"锚"在不同支化拓扑结构的树状聚烯烃末端构建出一系列具有不同支化拓扑结构等不同结构参数的水溶性多价树状聚合物胶束，研究多价树状聚合物纳米胶束结构与性能之间的构效关系、微环境性质（盐可调控性）及其固定酶的催化反应动力学过程，以达到理解其固定化酶活性的盐可调控性及其活性增强机制。项目的意义在于不仅可丰富和发展现有的固定化酶活性增强的纳米结构材料体系，也为发展对广谱通用型酶活性增强的新体系和新策略提供了一种有效的方法和手段。通过系统的研究揭示多价聚合物胶束结构、微环境与酶活性增强行为之间的本质规律，具有重要的科学研究价值。

理解盐效应对多级纳米空腔结构材料的固定化酶活性调控作用不仅是有趣的，而且对于转化生化过程到非细胞环境也是非常重要的。多价水溶性纳米胶束树状聚烯烃-阳离子聚苯撑乙炔（DPE-PPE+）提供了一个很好的平台，来研究盐调控下的DPE-PPE+/GOx/HRP体系酶释放及酶活性调控问题。基于“分子线”特性和“树状”多级效应，利用这个模型具有本征荧光的“分子线”跟踪微环境的微小变化情况有助于理解盐对受限于DPE-PPE+的GOx/HRP酶活性及瞬变过程时间的影响规律。我们证实了DPE-PPE+/GOx/HRP体系具有酶活性增强效应及盐加速效应，分别测试了在不同盐浓度下DPE-PPE+/GOx/HRP的反应速率，酶活性呈现先增大后减小的趋势，并在0.9M盐浓度处酶活性出现最高值，是未加盐DPE-PPE+/GOx/HRP体系的3倍。双酶联用体系的瞬变过程时间（Transient time）是体系的中间态达到稳定流出所需的时间，瞬变过程时间的变化暗示酶体系底物通道（substrate channeling）的改变，如果体系瞬变过程时间减小，酶体系活性则会呈现提高趋势。研究发现：该DPE-PPE+/GOx/HRP体系的瞬变过程时间在0-0.9M盐浓度范围内呈下降趋势，在0.9M盐浓度处达到最低点，这与酶活性在0.9M盐浓度处出现最大值吻合。以具有本征荧光的多价共轭聚电解质PPE+为壳，利用其独特光学放大性质跟踪外界刺激所引起微环境的微小变化情况，为研究水溶性多价纳米胶束体系固定化酶活性增强行为及盐加速效应的构效关系提供了可能。这个工作有助于理解盐对受限于DPE-PPE+的GOx/HRP酶活性及瞬变过程时间的影响规律，提供了固定化酶盐加速效应的有用思路，并且可以应用到其它多级纳米空腔结构材料的固定化酶活性调控研究上。