基于酶促酰基转移反应的羊毛生物接枝功能化改性及机理研究

利用谷氨酰胺转胺酶催化酰基转移反应特性，将具有抗菌、阻燃等功能的伯胺化合物接枝到羊毛上，构建一种新型的羊毛生物接枝功能化改性方法，替代传统的化学法实现纺织材料的功能化。课题将研究酶促反应过程中羊毛自身交联和功能分子接枝两种反应的竞争机制，揭示作为酰基受体的伯胺功能底物分子结构对羊毛生物接枝反应的影响规律。在此基础上，以提高功能分子接枝率和改性羊毛功能强度为目标，探索非均相、双底物体系下羊毛生物接枝过程和功能强化的调控策略及其与纤维表面结构、目标功能之间的内在联系和规律，阐明羊毛生物接枝功能化改性机理。相关问题的探明对于羊毛或其他蛋白质材料的生物法功能化改性具有重要的理论指导意义，而且也有助于深化对非均相、双底物体系下谷氨酰胺转胺酶催化酰基转移反应机制的理解。研究成果将为纺织、生物医用材料等领域广泛应用的蛋白质材料的功能化改性提供一种新的思路和手段。

本项目利用MTG酶催化羊毛谷氨酰胺残基上的γ-羧酰胺基和含伯胺基、具有抗菌、防霉、亲水等功能的单体或整理剂如溶菌酶、ε-聚赖氨酸、乳铁蛋白等的伯胺基之间的酰基转移反应，将抗菌等功能性基团共价接枝到羊毛大分子上，建立了一种全新的、可替代非环境友好化学法的生物法功能化改性方法。主要研究结论及成果有：（1）提出了采用靛酚蓝法测氨态氮含量法定量表征羊毛酶促接枝反应进行程度、十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）表征羊毛MTG酶催化接枝产物结构的方法，构建了羊毛酶促接枝反应过程与程度的评价体系。（2）分别以酪蛋白为模拟底物和羊毛为目标底物，以ε-聚赖氨酸为主要酰基受体，研究谷氨酰胺转氨酶（TGase）催化酰基转移反应的规律，揭示了TGase催化均相体系反应和非均相体系反应的异同点。通过测定反应释氨量和建立底物伯氨基TNBS（2,4,6-三硝基苯磺酸）预封闭法，研究了羊毛在MTG酶催化接枝功能底物时发生酶促羊毛自身交联反应以及羊毛和功能分子之间的接枝反应规律，首次提出并证实了羊毛MTG酶催化功能接枝中存在两者的竞争反应。（3）研究了角蛋白酶、蛋白酶、高分子修饰蛋白酶、氧化剂、离子液体等对羊毛纤维或织物的作用效果，考察了各种处理对羊毛表面结构和性能的影响，为调控、强化酶促接枝反应提供了有益的启示和借鉴。（4）以接枝率和整理后羊毛目标功能强度为指标，优化含伯胺基功能性单体的酶促反应条件，建立了MTG酶催化ε-聚赖氨酸、溶菌酶等接枝羊毛抗菌、防霉、亲水整理关键技术，揭示了改性羊毛结构、功能与酶促反应调控之间的关联，对比了酰基受体结构对非均相体系TGase酶催化羊毛接枝反应影响差异，构筑了羊毛的生物法抗菌、防霉、亲水等功能化改性方法与机理。本项目成果在国内外核心期刊发表研究论文22篇（录用2篇），其中，SCI收录6篇，参加国内及国际会议6次，发表会议论文7篇。成果获2013年江苏省科学技术奖二等奖和第12届国际羊毛大会优秀青年科学家论文奖二等奖。