土壤活性顆粒表面酸性磷酸酶的固定機(jī)理與特性.pdf

1、本課題以我國兩種代表性土壤膠體和主要土壤粘粒礦物為材料，選取在土壤有機(jī)磷分解中起催化作用的酸性磷酸酶，運(yùn)用等溫平衡吸附法、熒光光譜、圓二色譜和微量熱等方法探討了酶在土壤膠體和礦物表面的吸附機(jī)理、固定態(tài)酶的酶促動力學(xué)特性、穩(wěn)定性以及熱力學(xué)特性等，為深入闡明土壤固相表面酶的特征、活性，探討土壤組分相互作用機(jī)制，利用固定態(tài)酶調(diào)節(jié)土壤肥力和進(jìn)行污染環(huán)境修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。獲得的主要結(jié)果有： 1.酶在不同土壤膠體和礦物表面的吸附均是自發(fā)過程

2、，△H<,ads>>0，△S<,ad>>0表明吸附是熵驅(qū)動的吸熱熵增過程。據(jù)△G<,ads>的絕對值比較，去有機(jī)質(zhì)膠體>含有機(jī)質(zhì)膠體，紅壤>棕壤，針鐵礦>高嶺石>蒙脫石，意味著酶在去有機(jī)質(zhì)和紅壤膠體表面有更強(qiáng)的吸附趨勢。酶在含有機(jī)質(zhì)土壤膠體表面受到的靜電排斥和疏水作用更為強(qiáng)烈，吸收的熱量更多。 2. 游離酶以及從紅壤、含有機(jī)質(zhì)棕壤膠體、針鐵礦、高嶺石(pH 7.0)表面解吸的酶在336 nm處熒光發(fā)射最強(qiáng)，而從去有機(jī)質(zhì)棕壤膠體、

3、蒙脫石以及高嶺石(pH5.5)表面解吸的酶熒光發(fā)射峰位則發(fā)生了3 nm藍(lán)移。解吸態(tài)酶熒光強(qiáng)度和峰位的變化意味著酶分子內(nèi)部生色基團(tuán)色氨酸和酪氨酸殘基所處微環(huán)境極性發(fā)生了改變。 3.吸附/解吸過程導(dǎo)致磷酸酶分子由無規(guī)卷曲向有序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，α-螺旋和β-折疊結(jié)構(gòu)含量增加。酶在含有機(jī)質(zhì)棕壤膠體表面較去有機(jī)質(zhì)棕壤膠體表面保留了更高的有序結(jié)構(gòu)，而在紅壤膠體中則以去有機(jī)質(zhì)膠體表面的有序結(jié)構(gòu)略高。固定在蒙脫石和針鐵礦表面的酶，無規(guī)卷曲更多地轉(zhuǎn)化為

4、α-螺旋。與高嶺石作用后的磷酸酶，在pH 5.5時(shí)β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲減少而β-折疊增加，在pH 7.0時(shí)β-結(jié)構(gòu)均略有增加。 4.固定改變了酶與底物的親和力，高嶺石-酶復(fù)合體與底物的親和力較游離酶和其它固定態(tài)酶的高(K<,m>值最小)。固定態(tài)酶的V<,max>小于游離酶，且紅壤膠體>棕壤膠體，含有機(jī)質(zhì)棕壤膠體>去有機(jī)質(zhì)棕壤膠體，而對紅壤，則是去有機(jī)質(zhì)膠體>含有機(jī)質(zhì)膠體。微量熱測定顯示游離酶催化反應(yīng)放熱的熱量最多為-13.8 Jg

5、<'-1>。固定態(tài)酶的放熱量，紅壤體系(-10.3～-11.0 Jg<'-1>)>棕壤體系(-6.8～-9.9 Jg<'-1>)，去有機(jī)質(zhì)體系(-9.9～-11.0 Jg<'-1>)>含有機(jī)質(zhì)體系(-6.8～-10.3 J g<'-1>)。針鐵礦體系中酶的V<,max>值為13.68 μmol mg<'-1>min<'-1>，放熱量為-13.6 J g<'-1>，分別大于蒙脫石和高嶺石體系中酶的V<,max>值(0.96～9.52 μm

6、ol mg<'-1>min<'-1>)和放熱量(-4.9～-12.7 J g<'-1>)。 5.固定在含有機(jī)質(zhì)棕壤膠體表面的磷酸酶較去有機(jī)質(zhì)棕壤膠體表面的酶更抗蛋白酶K的水解，而對紅壤膠體體系而言，則是去有機(jī)質(zhì)膠體表面的酶更抗水解作用。有機(jī)質(zhì)和鐵氧化物的存在對酶活性的保留具有促進(jìn)作用。針鐵礦固定的酶穩(wěn)定性最強(qiáng)，蒙脫石次之，高嶺石固定的酶穩(wěn)定性最弱，體系Ph7.01時(shí)其對水解作用更為敏感。 6.首次運(yùn)用微量熱技術(shù)測定了不同