有機(jī)溶劑中酶催化活性研究進(jìn)展(參考版)
2025-06-22 03:45本頁面
【正文】 有機(jī)相酶催化的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用，將使傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)及其相關(guān)工業(yè)朝著節(jié)約資源和能源的方向發(fā)展，具有廣闊的誘人前景。 其他廣泛用于制漿造紙、紡織、食品、化妝品、環(huán)保、納米生物技術(shù)等領(lǐng)域的漆酶，在不同有機(jī)溶劑體系中已經(jīng)可以應(yīng)用于酚、氯酚、蒽、羥基聯(lián)苯、雙酚 A、甾類激素等化學(xué)物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化、木質(zhì)素的改性、生物合成等方面，這些研究拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域[25]；同時，非水酶學(xué)也促進(jìn)了其他酶工程相互的發(fā)展，如在生物傳感器發(fā)展過程中，有機(jī)相酶電極因其是在有機(jī)介質(zhì)中對物質(zhì)進(jìn)行檢測，而受到關(guān)注[26]。曾家豫等[23]脂肪酶為催化劑，正己烷為溶劑，通過酯化反應(yīng)合成了乙酸薄荷酯，%。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)可把廉價的油醋改造成具有食用和醫(yī)用價值的特殊油脂。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%。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)，因而極大地擴(kuò)展了酶的實(shí)用范圍。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]。另外，加入蛋白質(zhì)變性劑對酶進(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]。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]。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滑作用而變得結(jié)構(gòu)更為剛性。 優(yōu)化pH狀況適當(dāng)?shù)膒H處理可以使酶活性提高100倍。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。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)。具有兩親特性的表面活性劑、膽汁鹽、金屬離子對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不僅不能提高酶活性，反而在濃度較高時，有顯著的抑制作用。目前利用超聲技術(shù)對酶進(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)同時進(jìn)行[16]，目前普遍采用的后一種處理方式。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。賦形劑與酶混合冷凍干燥后也極大地提高了酶活性，機(jī)理是基于賦形劑能緩解酶在冷凍干燥時失活，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。配體增加酶活性原因在于:（1）配體對酶的印跡效應(yīng)，使得酶的活性構(gòu)象在固態(tài)形式或有機(jī)溶劑中得以保持，而由于水的柔性，印跡構(gòu)象在水溶液中易失去；（2）配體保護(hù)酶在冷凍干燥過程中免受失活。 配體、冷凍干燥劑、賦形劑酶在凍干前可用配體、冷凍干燥劑為酶作印跡，使酶以一種高活性構(gòu)象形式被凍干并在有機(jī)介質(zhì)中得以保持，這種現(xiàn)象稱之為分子印跡。顯然不同的催化效率是基于鹽的結(jié)合與冷凍干燥過程雙重結(jié)果。也有學(xué)者認(rèn)為鹽誘導(dǎo)催化活性是由冷凍干燥時間與酶水含量決定的。Yuri L. Khmelnitsky發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鹽濃度較低時，冷凍干燥蛋白酶構(gòu)成的固體催化顆粒具有疏松結(jié)構(gòu)；當(dāng)鹽濃度較高時，催化顆粒象鹽晶體一樣，具有剛性結(jié)構(gòu)，對酶起保護(hù)作用。學(xué)者認(rèn)為鹽誘導(dǎo)酶活性的機(jī)理有兩個:鹽保護(hù)酶免受有機(jī)溶劑毒害；冷凍干燥過程中，鹽可以保持酶的天然構(gòu)型。 鹽效應(yīng)Yuri L. Khmelnitsky [14]等研究枯草桿菌蛋白酶在正已烷中的轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)時發(fā)現(xiàn)：酶活性隨著KCI濃度升高而急劇上升。酶在有機(jī)溶劑中的活性取決于其冷凍干燥前最后存在過的水溶液的pH值（pH記憶效應(yīng)），一般說來，如果冷凍干燥前溶解酶的緩沖溶液具有酶在水溶液的最適pH值, 那么酶的最適離子化狀態(tài)將會在冷凍干燥后保持，在有機(jī)介質(zhì)中表現(xiàn)出來的活性也最大[13]。
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