土壤活性颗粒表面酸性磷酸酶的固定机理与特性（59页）.rar
土壤活性颗粒表面酸性磷酸酶的固定机理与特性（59页）,（59页）摘要本课题以我国两种代表性土壤胶体和主要土壤粘粒矿物为材料，选取在土机磷分解中起催化作用的酸性磷酸酶，运用等温平衡吸附法、荧光光谱、圆和微量热等方法探讨了酶在土壤胶体和矿物表面的吸附机理、固定态酶的酶学特性、稳定性以及热力学特性等，为深入阐明土壤固相表面酶的特征、活讨土壤组分相互作用机制，利用固定态酶调节土壤...
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内容介绍
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（59页）摘要
本课题以我国两种代表性土壤胶体和主要土壤粘粒矿物为材料，选取在土
机磷分解中起催化作用的酸性磷酸酶，运用等温平衡吸附法、荧光光谱、圆
和微量热等方法探讨了酶在土壤胶体和矿物表面的吸附机理、固定态酶的酶
学特性、稳定性以及热力学特性等，为深入阐明土壤固相表面酶的特征、活
讨土壤组分相互作用机制，利用固定态酶调节土壤肥力和进行污染环境修复
学依据。获得的主要结果有:
1.酶在不同土壤胶体和矿物表面的吸附均是自发过程，△Had，>0，△sads>O
吸附是嫡驱动的吸热嫡增过程。据△Gads的绝对值比较，去有机质胶体>含有
体，红壤>棕壤，针铁矿>高岭石>蒙脱石，意味着酶在去有机质和红壤胶体
有更强的吸附趋势。酶在含有机质土壤胶体表面受到的静电排斥和疏水作用更
烈，吸收的热量更多。
2.游离酶以及从红壤、含有机质棕壤胶体、针铁矿、高岭石印H7.0)表面
酶在336nm处荧光发射最强，而从去有机质棕壤胶体、蒙脱石以及高岭石(P
表面解吸的酶荧光发射峰位则发生了3nm蓝移。解吸态酶荧光强度和峰位的变
味着酶分子内部生色基团色氨酸和酪氨酸残基所处微环境极性发生了改变。
3.吸附/解吸过程导致磷酸酶分子由无规卷曲向有序结构转化，a一螺旋和p一
构含量增加。酶在含有机质棕壤胶体表面较去有机质棕壤胶体表面保留了更高
序结构，而在红壤胶体中则以去有机质胶体表面的有序结构略高。固定在蒙脱
针铁矿表面的酶，无规卷曲更多地转化为a一螺旋。与高岭石作用后的磷酸酶，在
时p一转角和无规卷曲减少而p一折叠增加，在pH7.0时p一结构均略有增加。
4.固定改变了酶与底物的亲和力，高岭石一酶复合体与底物的亲和力较游
其它固定态酶的高(Km值最小)。固定态酶的Vmax小于游离酶，且红壤胶体>
体，含有机质棕壤胶体>去有机质棕壤胶体，而对红壤，则是去有机质胶体
机质胶体。微量热测定显示游离酶催化反应放热的热量最多为一13.8Jg一’。固
的放热量，红壤体系C10.3一11.0Jg-’)>棕壤体系C6.8一9.9Jg一’)，去有机
亡”一n.oJg一’)>含有机质体系C6.8一10.3Jg一’)。针铁矿体系中酶的vm
13.68四dmg‘，min一，，放热量为一13.6Jg一，，分别大于蒙脱石和高岭石体系
vmax值(0.96一9.52卜啪1mg一’min-’)和放热量仑4.9一一2.7Jg一，)。
5.固定在含有机质棕壤胶体表面的磷酸酶较去有机质棕壤胶体表面的酶
白酶K的水解，而对红壤胶体体系而言，则是去有机质胶体表面的酶更抗水解
有机质和铁氧化物的存在对酶活性的保留具有促进作用。针铁矿固定的酶稳
华中农业大学2007届硕士学位论文
强，蒙脱石次之，高岭石固定的酶稳定性最弱，体系pH7.O时其对水解作用更为敏感
6.首次运用微量热技术测定了不同矿物表面固定态酸性磷酸酶被蛋白酶K水
的热效应，与酶稳定性的测定结果一致:酶被胶体矿物固定后抗水解能力增强，
且以针铁矿表面的酶抗性最强C267.5间，蒙脱石表面的酶其次卜338.9间，而高
石表面的酶分子对水解作用较为敏感亡430.1闰)。
关键词:酸性磷酸酶，土壤胶体，粘土矿物，吸附热力学，荧光光谱，圆二色谱，
米氏方程，水解稳定性，微量热
目录
摘要.......................................................................................
AbStract....................................................................................
1前言...……，.........................................................................
1.1酶在矿物表面吸附固定的有关机理............................
1.1.1阳离子交换...........................................................
1.1.2库仑力...................................................................
1.1.3疏水力和范德华引力...........................................
1.1.4专性吸附作用.......................................................
1.2胶体矿物对酶活性及稳定性的影响.............................
1.3胶体矿物对酶促动力学特性的影响.............................
1.4仪器分析技术在蛋白质研究中的应用.........................
1.4.1荧光光谱.，.............................................................
1.4.2圆二色谱.，....................……，..................................
1.4.3微量热技术...........................................................
2材料与方法...........................................................................
2.1酶试剂..........................……，...........................................
2.2土壤胶体和粘粒矿物的制备........................................
2.3供试土壤胶体和粘粒矿物的基本性质测定................
2.4酸性磷酸酶在土壤胶体和矿物表面吸附热力学测定
2.5游离态和解吸态酶荧光发射光谱分析........................
2.6游离态和解吸态酶圆二色谱的测定..................……，...
2.7固定态酸性磷酸酶活性分析.........................................
2.7.1土壤胶体一酶复合体的制备...............................
2.7.2酶促动力学...........................................................
2.7.3游离和固定态磷酸酶水解稳定性的测定......……
2.8等温滴定量热法(ITC)测定固定态酶活性和稳定性...
2.8.1实验原理..............................................................
华中农业大学2007届硕士学位论文
2.8.2酶活性测定...................................................................
2.8.3酶稳定性测定..............................................................
3结果与分析..................................................................................
3.1土壤胶体和粘粒矿物的基本性质.........................................
3.2酸性磷酸酶在土壤胶体和矿物表面吸附热力学分析.....
本课题以我国两种代表性土壤胶体和主要土壤粘粒矿物为材料，选取在土
机磷分解中起催化作用的酸性磷酸酶，运用等温平衡吸附法、荧光光谱、圆
和微量热等方法探讨了酶在土壤胶体和矿物表面的吸附机理、固定态酶的酶
学特性、稳定性以及热力学特性等，为深入阐明土壤固相表面酶的特征、活
讨土壤组分相互作用机制，利用固定态酶调节土壤肥力和进行污染环境修复
学依据。获得的主要结果有:
1.酶在不同土壤胶体和矿物表面的吸附均是自发过程，△Had，>0，△sads>O
吸附是嫡驱动的吸热嫡增过程。据△Gads的绝对值比较，去有机质胶体>含有
体，红壤>棕壤，针铁矿>高岭石>蒙脱石，意味着酶在去有机质和红壤胶体
有更强的吸附趋势。酶在含有机质土壤胶体表面受到的静电排斥和疏水作用更
烈，吸收的热量更多。
2.游离酶以及从红壤、含有机质棕壤胶体、针铁矿、高岭石印H7.0)表面
酶在336nm处荧光发射最强，而从去有机质棕壤胶体、蒙脱石以及高岭石(P
表面解吸的酶荧光发射峰位则发生了3nm蓝移。解吸态酶荧光强度和峰位的变
味着酶分子内部生色基团色氨酸和酪氨酸残基所处微环境极性发生了改变。
3.吸附/解吸过程导致磷酸酶分子由无规卷曲向有序结构转化，a一螺旋和p一
构含量增加。酶在含有机质棕壤胶体表面较去有机质棕壤胶体表面保留了更高
序结构，而在红壤胶体中则以去有机质胶体表面的有序结构略高。固定在蒙脱
针铁矿表面的酶，无规卷曲更多地转化为a一螺旋。与高岭石作用后的磷酸酶，在
时p一转角和无规卷曲减少而p一折叠增加，在pH7.0时p一结构均略有增加。
4.固定改变了酶与底物的亲和力，高岭石一酶复合体与底物的亲和力较游
其它固定态酶的高(Km值最小)。固定态酶的Vmax小于游离酶，且红壤胶体>
体，含有机质棕壤胶体>去有机质棕壤胶体，而对红壤，则是去有机质胶体
机质胶体。微量热测定显示游离酶催化反应放热的热量最多为一13.8Jg一’。固
的放热量，红壤体系C10.3一11.0Jg-’)>棕壤体系C6.8一9.9Jg一’)，去有机
亡”一n.oJg一’)>含有机质体系C6.8一10.3Jg一’)。针铁矿体系中酶的vm
13.68四dmg‘，min一，，放热量为一13.6Jg一，，分别大于蒙脱石和高岭石体系
vmax值(0.96一9.52卜啪1mg一’min-’)和放热量仑4.9一一2.7Jg一，)。
5.固定在含有机质棕壤胶体表面的磷酸酶较去有机质棕壤胶体表面的酶
白酶K的水解，而对红壤胶体体系而言，则是去有机质胶体表面的酶更抗水解
有机质和铁氧化物的存在对酶活性的保留具有促进作用。针铁矿固定的酶稳
华中农业大学2007届硕士学位论文
强，蒙脱石次之，高岭石固定的酶稳定性最弱，体系pH7.O时其对水解作用更为敏感
6.首次运用微量热技术测定了不同矿物表面固定态酸性磷酸酶被蛋白酶K水
的热效应，与酶稳定性的测定结果一致:酶被胶体矿物固定后抗水解能力增强，
且以针铁矿表面的酶抗性最强C267.5间，蒙脱石表面的酶其次卜338.9间，而高
石表面的酶分子对水解作用较为敏感亡430.1闰)。
关键词:酸性磷酸酶，土壤胶体，粘土矿物，吸附热力学，荧光光谱，圆二色谱，
米氏方程，水解稳定性，微量热
目录
摘要.......................................................................................
AbStract....................................................................................
1前言...……，.........................................................................
1.1酶在矿物表面吸附固定的有关机理............................
1.1.1阳离子交换...........................................................
1.1.2库仑力...................................................................
1.1.3疏水力和范德华引力...........................................
1.1.4专性吸附作用.......................................................
1.2胶体矿物对酶活性及稳定性的影响.............................
1.3胶体矿物对酶促动力学特性的影响.............................
1.4仪器分析技术在蛋白质研究中的应用.........................
1.4.1荧光光谱.，.............................................................
1.4.2圆二色谱.，....................……，..................................
1.4.3微量热技术...........................................................
2材料与方法...........................................................................
2.1酶试剂..........................……，...........................................
2.2土壤胶体和粘粒矿物的制备........................................
2.3供试土壤胶体和粘粒矿物的基本性质测定................
2.4酸性磷酸酶在土壤胶体和矿物表面吸附热力学测定
2.5游离态和解吸态酶荧光发射光谱分析........................
2.6游离态和解吸态酶圆二色谱的测定..................……，...
2.7固定态酸性磷酸酶活性分析.........................................
2.7.1土壤胶体一酶复合体的制备...............................
2.7.2酶促动力学...........................................................
2.7.3游离和固定态磷酸酶水解稳定性的测定......……
2.8等温滴定量热法(ITC)测定固定态酶活性和稳定性...
2.8.1实验原理..............................................................
华中农业大学2007届硕士学位论文
2.8.2酶活性测定...................................................................
2.8.3酶稳定性测定..............................................................
3结果与分析..................................................................................
3.1土壤胶体和粘粒矿物的基本性质.........................................
3.2酸性磷酸酶在土壤胶体和矿物表面吸附热力学分析.....
