有機(jī)溶劑中酶催化活性研究進(jìn)展(編輯修改稿)
2025-07-16 03:45 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 高了酶活性，機(jī)理是基于賦形劑能緩解酶在冷凍干燥時(shí)失活，賦形劑所激發(fā)的酶活性通過用無水有機(jī)溶劑洗掉賦形劑后消失，這與配體作用機(jī)理有所不同。 超聲輻射、抑制劑隨著對(duì)有機(jī)相酶催化的研究深入，所知影響有機(jī)相酶催化活性因素越來越多，如:超聲輻射、酶抑制劑等。超聲波作為一種機(jī)械能量形式，可以改變物質(zhì)組織結(jié)構(gòu)、狀態(tài)及功能。在適宜的條件下，低強(qiáng)度的超聲輻射對(duì)酶有一定的激活作用，這種激活作用隨著時(shí)間的增加而愈加明顯。目前利用超聲技術(shù)對(duì)酶進(jìn)行處理主要有兩種方式：一種是超聲預(yù)處理，即首先在超聲介質(zhì)中對(duì)酶進(jìn)行超聲處理，酶回收處理后再置于反應(yīng)介質(zhì)中進(jìn)行酶促反應(yīng)；另一種是直接對(duì)反應(yīng)介質(zhì)中的酶進(jìn)行超聲處理，超聲處理與酶促反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行[16]，目前普遍采用的后一種處理方式。吳虹[17]等人在研究超聲作用下的酶促廢油脂轉(zhuǎn)酯反應(yīng)的過程中也報(bào)道了反應(yīng)前對(duì)酶進(jìn)行超聲預(yù)處理能在一定程度上縮短酶被激活所需的時(shí)間，并使其充分激活,從而加速酶催化反應(yīng)。具有兩親特性的表面活性劑、膽汁鹽、金屬離子對(duì)酶活性也有一定的影響，表面活性劑在合適的濃度下，能促進(jìn)酶活性及穩(wěn)定性的提高，而膽汁鹽和金屬離子在低濃度時(shí)不僅不能提高酶活性，反而在濃度較高時(shí)，有顯著的抑制作用。這些工作有待進(jìn)一步深入研究。3 提高酶在有機(jī)溶劑中活性的策略如何提高酶在有機(jī)溶劑中的活性，促進(jìn)其在工業(yè)界的廣泛應(yīng)用是近年來研究熱點(diǎn)。目前，在這方面已有不少重大突破，根據(jù)上述影響酶活性的因素及其造成酶在有機(jī)溶劑中活性顯著下降主要原因，并提出了使酶在有機(jī)介質(zhì)中的活性激活的一系列有效辦法，其中不少方法成本低，可按比例擴(kuò)大，能使酶反應(yīng)速度提高102105倍，接近其在水溶液中的酶活性。目前，用于有機(jī)溶劑的酶制劑通常是從水溶液里經(jīng)冷凍干燥制備出來的粉末/顆粒，這些酶粉懸浮在有機(jī)相里，造成底物向酶的擴(kuò)散受到限制；此外，酶分子互相疊合也容易造成一些酶分子的活性中心被周圍的酶分子封閉，使底物分子難以靠近。需要指出的是這種質(zhì)量傳遞引起的酶活性下降只能解釋酶在有機(jī)介質(zhì)中活性大幅度下降的部分原因[18]，可以通過增加攪拌力度和減小酶粉顆粒來緩解質(zhì)量傳遞的限制。 優(yōu)化pH狀況適當(dāng)?shù)膒H處理可以使酶活性提高100倍。如前所述，我們可以將冷凍干燥前溶解酶的緩沖溶液調(diào)至酶的最適pH值，使酶在有機(jī)介質(zhì)中表現(xiàn)出來的活性最大；此外，不要使用揮發(fā)性的（如甲酸銨）或能溶于有機(jī)相的（如三異辛胺及其鹽酸化物、三苯基乙酸及其鈉鹽）弱酸/弱堿緩沖溶液[18]，它們會(huì)洗去酶在有機(jī)溶劑中表現(xiàn)出來的pH記憶效應(yīng)，從而導(dǎo)致酶活性產(chǎn)生變化。有機(jī)溶劑取代水作為反應(yīng)介質(zhì)，使酶分子因缺少水的潤(rùn)滑作用而變得結(jié)構(gòu)更為剛性。這是造成酶活性下降的主要原因之一。向反應(yīng)體系加入一定量的水分或把體系的熱力學(xué)水活度（aw）調(diào)節(jié)到最佳值，可使酶的反應(yīng)速度提高100倍以上[13]。在某種程度上，一些能形成氫鍵的溶劑（如甘油、甘醇）可以取代水提供這種潤(rùn)滑劑作用。另外，加入蛋白質(zhì)變性劑對(duì)酶進(jìn)行適當(dāng)?shù)那疤幚硪部赡苁姑傅牡鞍踪|(zhì)結(jié)構(gòu)因部分展開而變得更加柔韌靈活，從而達(dá)到提高酶活力的效果[19]。 長(zhǎng)期以來人們認(rèn)為導(dǎo)致酶在有機(jī)溶劑中活性下降的主要原因是酶的蛋白質(zhì)構(gòu)型發(fā)生變化。事實(shí)上，這種蛋白質(zhì)變性作用并不是由于酶和溶劑的接觸所引起的，而是引入溶劑之前酶的脫水過程（如冷凍干燥）造成的，然而由此產(chǎn)生的變性作用是可逆性的[20]。為此我們可以將冷凍干燥后的酶溶解在少量水里，使已變性的蛋白質(zhì)構(gòu)型重新恢復(fù)，然后再引入有機(jī)溶劑中；還可以在冷凍干燥時(shí)往酶的水溶液中加入某些無機(jī)或有機(jī)物質(zhì)使其與酶一同凍干，如無機(jī)鹽KCL、冠醚、環(huán)糊精、底物類似物、冷凍防護(hù)劑等[18]，這些添加技術(shù)有時(shí)候可協(xié)同作用。4 有機(jī)溶劑中酶的應(yīng)用有機(jī)溶劑中的酶由于能催化各種各樣的反應(yīng)，特別是水溶液中不能進(jìn)行的反應(yīng)，因而極大地?cái)U(kuò)展了酶的實(shí)用范圍。手性研究的熱點(diǎn)一般表現(xiàn)在手性藥物、綠色農(nóng)藥、高檔液晶及高級(jí)香料等方面的研究和應(yīng)用。叢方地[21]以脂肪酶 PSL 和 CSL 作為生物催化劑、辛酸乙烯酯作為?；瘎┎鸱?辛醇，回收率達(dá)到 80%。 有些通常用化學(xué)法難以完成的反應(yīng)，如不對(duì)稱聚酯合成及大環(huán)內(nèi)酯的合成等，現(xiàn)在可以用有機(jī)溶劑中的酶來完成。隨著非水酶學(xué)的發(fā)展,脂肪酶的應(yīng)用已從油脂水解擴(kuò)展到酯合成和酯交換，利用這些反應(yīng)可把
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