过渡金属-联咪唑-Dawson型钨磷酸盐杂化化合物的酶固定化性能

doi:10.7503/cjcu20220328

摘要/Abstract

摘要：

利用水热法和直接沉淀法, 设计合成了5例由过渡金属(TM)-联咪唑配阳离子与Dawson型钨磷酸阴离子构成的多金属氧酸盐(POM)基有机-无机杂化化合物[Ni(H₂biim)₃]₄[Ni(H₂biim)₂(P₂W₁₈O₆₂)₂]·2H₂O(1), [Co^III(H₂biim)₃]₂[P₂W₁₈O₆₂]·8H₂O(2), [Cu(H₂biim)₂]₃[P₂W₁₈O₆₂]·4H₂O(3), [Co^II(H₂biim)₃]₂H₂[P₂W₁₈O₆₂]·9H₂O(4)和 [Ni(H₂biim)₃]₃[P₂W₁₈O₆₂]·2H₂O(5)；并利用X射线单晶衍射分析(SC-XRD)、红外光谱(IR)和热重-差热分析 (TG-DTA)等对其进行了表征. 化合物1~5作为载体用于固定辣根过氧化物酶(HRP)时, 显示出了较高的酶固定化能力. 另外, 利用圆二色光谱(CD)和激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)等方法评价了固定化酶HRP/1~HRP/5的重复使用性、储存稳定性和检测过氧化氢(H₂O₂)的性能. 由于该类POMs与HRP间存在强的相互作用, 利用简单的物理吸附法即可实现POMs对HRP的固载. POMs对酶的固定不但提高了HRP对使用及储存环境的耐受性, 同时也拓展了POMs在酶固定化领域的应用.

关键词: Dawson型钨磷酸盐, 金属-联咪唑配合物, 辣根过氧化物酶, 酶固定化, 过氧化氢检测

Abstract:

Five Dawson-type polyoxometalate（POM）-based organic-inorganic hybrids， namely，［Ni（H₂biim）₃］₄·［Ni（H₂biim）₂（P₂W₁₈O₆₂）₂］·2H₂O（1），［Co^III（H₂biim）₃］₂［P₂W₁₈O₆₂］·8H₂O（2），［Cu（H₂biim）₂］₃［P₂W₁₈O₆₂］·4H₂O（3），［Co^Ⅱ（H₂biim）₃］₂H₂［P₂W₁₈O₆₂］·9H₂O（4） and ［Ni（H₂biim）₃］₃［P₂W₁₈O₆₂］·2H₂O（5）， were constructed from transition metal-biimidazole（TM-H₂biim） coordination cations and tungstophosphate polyoxoainons through hydrothermal and direct precipitation methods， and characterized by single crystal X-ray diffraction analysis， infrared（IR） spectroscopy and thermogravimetry-differential thermal analysis（TG-DTA）. Compounds 1—5 were used as the supports for immobilizing horseradish peroxidase（HRP）， exhibiting high load capacities. In addition， the reusabi?lity， storage stability and the performance for detecting hydrogen peroxide（H₂O₂） of the obtained immobilized enzymes HRP/1—HRP/5 were also evaluated by circular dichroism（CD） spectroscopy and laser scanning confocal microscopy（LSCM）. The experimental results show that the immobilization of HRP on POMs can be realized by the simple physical adsorption method. There is a strong interaction between POM and HRP， and the HRP immobilization by POM not only improves the tolerance of HRP to the operation and storage environment， but also expands the application of POMs in the field of enzyme immobilization.

Key words: Dawson-type tungstophosphate, Transition metal-biimidazole complex, Horseradish peroxidase, Enzyme immobilization, Hydrogen peroxide detection

中图分类号:

O614.6

TrendMD:

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图/表 13

Table 1 Crystal and refinement data for compounds 1 and 2

Compound	1	2
Formula	C₉₆H₁₀₀N₆₄Ni₆O₁₂₆P₄W₃₆	C₃₆H₅₂Co₂N₂₄O₇₀P₂W₁₈
Formula weight	11261.13	5429.93
T/K	296（2）	296（2）
Wavelength/nm	0.71073	0.71073
Crystal system	Triclinic	Monoclinic
Space group	P $1 ˉ$	P2（1）/c
a/nm	1.62407（7）	1.2826（3）
b/nm	1.83939（9）	5.0939（11）
c/nm	1.96637（9）	1.4917（3）
α/（^o）	87.5130（10）	90
β/（^o）	73.7670（10）	90.354（4）
γ/（^o）	66.8390（10）	90
V/nm³， Z	5.1706（4）， 1	9.746（4）， 4
D_c/（g·cm^-3）， F₀₀₀	3.616， 5024	3.701， 9644
GOF	0.991	0.951
Reflections collected	26753	55829
R_int	0.0307	0.1452
θ Range/（°）	1.423—24.999	0.799—25.000
R₁［I>2σ（I）］^*	0.0505	0.0644
wR₂ （all data）^*	0.1515	0.1804

Table 1 Crystal and refinement data for compounds 1 and 2

Compound	1	2
Formula	C₉₆H₁₀₀N₆₄Ni₆O₁₂₆P₄W₃₆	C₃₆H₅₂Co₂N₂₄O₇₀P₂W₁₈
Formula weight	11261.13	5429.93
T/K	296（2）	296（2）
Wavelength/nm	0.71073	0.71073
Crystal system	Triclinic	Monoclinic
Space group	P $1 ˉ$	P2（1）/c
a/nm	1.62407（7）	1.2826（3）
b/nm	1.83939（9）	5.0939（11）
c/nm	1.96637（9）	1.4917（3）
α/（^o）	87.5130（10）	90
β/（^o）	73.7670（10）	90.354（4）
γ/（^o）	66.8390（10）	90
V/nm³， Z	5.1706（4）， 1	9.746（4）， 4
D_c/（g·cm^-3）， F₀₀₀	3.616， 5024	3.701， 9644
GOF	0.991	0.951
Reflections collected	26753	55829
R_int	0.0307	0.1452
θ Range/（°）	1.423—24.999	0.799—25.000
R₁［I>2σ（I）］^*	0.0505	0.0644
wR₂ （all data）^*	0.1515	0.1804

Fig.1 Coordination environment(A) and the 3D structure(B) of compound 1

Fig.2 3D structures of compound 2 along a(A) and c(B) directions

Fig.3 FTIR spectra of compounds 1—5(A—E)

Fig.4 TG?DTA curves of compounds 1—5(A—E)

Fig.5 FTIR spectra of compounds 1—5(A—E) before and after soaking in PBS at pH=3.5—8.5 for 12 h

Fig.6 FTIR spectra of compounds 1—5(A—E) before and after enzyme immobilization

Fig.7 HRP loading and TOF change curves with pH(A, D, G, J, M), effect of HRP concentration on the HRP loading(B, E, H, K, N), and effect of immobilization time on the HRP loading(C, F, I, L, O)Supports: compound 1(A—C); compound 2(D—F); compound 3(G—I); compound 4(J—L); compound 5(M—O).

Fig.8 LSCM images of RhBTC?labeled HRP/1—HRP/5(A—E)λex=543 nm.

Fig.9 CD spectra of desorbed HRP(a) from immobilized enzymes HRP/1—HRP/5(A—E) and free HRP(b)

Fig.10 Relative activity of HRP/1—HRP/5(A—E) after repeated uses

Fig.11 Relative activity of HRP/1—HRP/5 and free enzyme during storage at 25 ℃ for 12 d

Fig.12 Linear standard curve for HRP/1—HRP/5(A—E) to detect H2O2?A510 nm=A（immobilized HRP， 510 nm）－A（blank， 510 nm）.

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