Page 83 - 《精细化工》2019年第11期

第 11 期 朱 劼，等: 病毒样颗粒限域纳米催化剂提高催化加氢活性 ·2231·

结果表明，3 个因素对蛋白表达的影响从大到
小依次为：诱导温度>IPTG 终浓度>诱导时间。本实
验的最优组合为 A 2 C 3 B 2 ，即当诱导温度 25 ℃，IPTG
终浓度 1.0 mmol/L，诱导时间 15 h 时，可以达到最
佳表达效果。在此最佳条件下，蛋白表达量约为 194
mg/L 发酵液，其中可溶性蛋白量达 181 mg/L 发酵

液，约占表达蛋白总质量的 93%。 图 5 重组 CCMV VLPs TEM 图
在实验中，较高的温度虽然有利于菌体表达蛋 Fig. 5 TEM image of reassembled CCMV VLPs
白，但经常会引起表达速度过快而无法正确折叠，
2.5 CCMV VLPs 限域 Ru 纳米催化剂
生成包涵体。本文中，低诱导温度下菌体表达的蛋
Ru@CCMV 的 TEM 图见图 6。可以看出，大量
白总量和可溶性蛋白量都明显优于高诱导温度。同
Ru 纳米颗粒被封装进了 CCMV VLPs 中，表明
时诱导时间长有利于菌体持续表达蛋白，提高表达
Ru@CCMV 纳米催化剂成功制备。Ru@CCMV 外径
量。但时间过长菌体易衰老，目标蛋白易被分解。
约 28 nm，被封装的 Ru 纳米颗粒大小为(103) nm。
所以本研究中，增长诱导时间时表达的可溶性蛋白
其中，部分 CCMV VLPs 封装多个 Ru 纳米颗粒，封
量反而相对减少。另外，基因重组菌表达蛋白需要
装率约 70%。另外，Ru@CCMV 呈分散状态，有利
IPTG 诱导，适当增加 IPTG 浓度将有助于菌体中蛋
于催化活性的提高。
白的表达。在本文中，随 IPTG 浓度的增加，蛋白

表达量明显增加。
2.4 蛋白纯化
发酵液初步处理后，通过质量分数 30%蔗糖垫
超速离心纯化目标蛋白，经 SDS-PAGE 电泳检测，
结果见图 4。与纯化前的蛋白样品（泳道 2）相比，
纯化后的蛋白样品仅出现一条明显的条带，且相对

分子质量大小与目标蛋白一致（泳道 1）。结果表明， 图 6 Ru@CCMV TEM 图
经蔗糖垫离心，目标蛋白纯度明显提高。经计算， Fig. 6 TEM image of Ru@CCMV

纯化蛋白收率约 76%。 2.6 催化剂评价

以肉桂醛和 4-硝基苯酚催化加氢为模型反应，
考察 Ru@CCMV 限域催化剂的催化性能。
肉桂醛和 4-硝基苯酚为两种重要的化工原料，
经常被用于高值有机中间体的合成。肉桂醛为一种
典型的 α,β-不饱和醛。其有一对共轭的 C==C 和
C==O。反应首先对肉桂醛分子中的 C==C 或者 C==O
加氢，生成 中间产物肉 桂醇（ COL）和苯丙醛
（HCAL）；接着对两种中间体继续加氢，可得终产
物苯丙醇（HCOL） [17] 。其中间产物肉桂醇和苯丙

醛是合成香料、医药、化妆品等的重要精细中间体。

M—蛋白 marker；泳道 1—纯化后的蛋白样品；泳道 2—发酵液 而 4-硝基苯酚为一种典型的芳香硝基化合物，对其
样品 加氢可生成 4-氨基苯酚。后者在染料制造、医药、
图 4 CCMV 衣壳蛋白纯化电泳图 农药及精细化工等领域有广泛应用 [18] 。
Fig. 4 Purification of CCMV CPs 肉桂醛和 4-硝基苯酚选择性加氢反应性能如图
7、8 所示。对肉桂醛和 4-硝基苯酚的加氢结果表明，
CCMV VLPs 体外自组装效果如图 5 所示。结
与 Ru-CA 相比，Ru@CCMV 限域催化剂显示出较高
果表明，当 pH 为 5.0 时，经纯化后的蛋白成功自组
的催化活性。在肉桂醛加氢反应中， 3 h 内，
装成外径约 28 nm，内径约 18 nm 的 VLPs。这为实
Ru@CCMV 上的肉桂醛转化率达 77%（图 7a）；而
现 CCMV VLPs 在限域纳米催化剂的开发应用提供
相同时间内，Ru-CA 上的肉桂醛转化率仅为 65%。
了基础。
经进一步计算，以 Ru@CCMV 为催化剂的肉桂醛加