[发明专利]糖基转移酶-双金属有机框架复合催化材料及其制备方法和在二糖和多糖合成中的应用

说明书

本发明公开了糖基转移酶‑双金属有机框架复合催化材料及其制备方法和在二糖和多糖合成中的应用，所述复合催化材料以Zn基MOFs材料作为主体，并掺杂非Zn金属离子，将糖基转移酶包裹在其内部形成。本发明复合催化材料以掺杂了双金属离子的金属有机框架作为一种新型的固定化酶材料，将糖基转移酶包裹在其内部、本发明制备得到糖基转移酶‑双金属有机框架复合催化材料，将其加入糖基供体和糖基受体中，催化糖基化反应得到肝素二糖及多糖。本发明复合催化材料能够高效催化单糖的糖基化反应，不仅具有良好的热稳定性和化学稳定性，还能相比较普通的金属有机框架材料提高固定化酶的酶促反应速率，并可以实现多次回收利用同时保持较高的催化活性。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，具体涉及糖基转移酶-双金属有机框架复合催化材料及其制备方法和在二糖和多糖合成中的应用。

背景技术

硫酸乙酰肝素(heparan sulfate,HS)和肝素(Heparin)是由己糖醛酸(hexuronicacid,HexA)和葡萄糖胺(Glucosamine,GlcN)通过1-4糖苷键相连接的二糖重复单元组成的具有多分散性的线性硫酸化酸性多糖。在二糖组成单元上可以发生N-硫酸化、N-乙酰化和O-硫酸化等修饰，使肝素变成了复杂的可变序列。HS广泛分布于动物细胞表面和细胞外基质，在抗凝血、胚胎发育、炎症反应和细菌/病毒感染等方面具有生理和药理作用。肝素作为广泛用于抗凝血和治疗血栓性疾病的临床应用药物，根据其分子量的差异可分为：普通肝素(unfractionated heparin,UFH,MWavg 16,000Da)，低分子量肝素(low molecularweight heparins,LMWH,MWavg 3500–6000Da和超低分子量肝素(ultralow molecularweight heparins,ULMWH,MW2000Da)[1,10-12]。近年来也发现了肝素类化合物及其类似物的新功能、新应用，如低分子肝素能保护血管内皮细胞、预防肺微血管栓塞，从而改善新型冠状病毒重症肺炎预后，在COVID-19重症病人的救治方案中取得很好成效。同时，将药物雾化肝素和N-乙酰半胱氨酸同时使用，也能够使新冠病毒重症患者的肺功能得到改善，减少呼吸机的使用。肝素类药物广泛的使用范围及低分子量肝素衍生物应用的拓展大大提高了市场对肝素类原料的需求，当前全世界的肝素使用量已增加到大约每年100吨，因此保障肝素类化合物的稳定获取和高度安全至关重要。目前广泛应用的低分子量肝素主要是从猪肠和牛肺等器官中分离提取后，经化学法或者酶法降解得到的。但动物来源肝素是结构不均一的混合物，因此临床应用中也存在很多问题，比如生物利用度低、药效难预测、副作用多等。“肝素钠”会导致人的死亡，暴露了动物来源肝素在安全性和可靠性上的问题。同时，肝素本身结构复杂、多样，且来源和批次不同的产品常存在精细结构的差异，直接用普通肝素和低分子量肝素研究其与蛋白质的相互作用及新的生物活性也面临巨大挑战。

当前人工合成肝素的方法主要有两种，即化学法合成和酶法合成。化学合成法优点在于成本较低，产物结构精确可控。而缺点是反应步数繁多、反应复杂、收率极低。酶法相比于化学法合成选择性高、特异性强、无须保护基操作、合成产率高，因此极大的减少了时间和金钱的投入。此外，该方法反应条件温和，减少了不安全隐患和对环境污染的危害。但是使用游离酶进行催化，由于天然酶价格高、稳定性差、难以重复利用，催化成本较高。所以急需一种新型复合催化剂来维持酶的活性并实现重复利用，而金属有机框架(MOF)作为一种结构可控的的高结晶性多孔材料，可以通过包埋酶来作为酶的金属铠甲，在最大程度上保护酶的稳定性并实现重复利用。

发明内容