有機(jī)溶劑中酶催化活性研究進(jìn)展-展示頁(yè)
2025-06-28 03:45本頁(yè)面
【正文】 得非水酶學(xué)研究成為生物化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、生物工程等多種學(xué)科交叉的研究熱點(diǎn)。2 影響酶催化活性的因素一直以來有機(jī)相酶催化的研究非?；钴S，但到目前為止仍處于實(shí)驗(yàn)研究階段，離工業(yè)化應(yīng)用還有一定的距離，最大的原因就是酶在有機(jī)溶劑中活性較低。因此，確定影響有機(jī)溶劑中酶活性的因素，設(shè)法提高有機(jī)溶劑中酶活性表達(dá)是當(dāng)今酶學(xué)研究的重點(diǎn)。非水酶學(xué)發(fā)展初期，普遍采用百分水含量來表示含水量，后來Halling[4]提出了熱力學(xué)水活度aw這一表示方法，因?yàn)樗馄胶鈺r(shí)，各相的aw值相等；體系的改變伴隨著水活度的變化，故通過aw值可以推斷酶的活性。一些對(duì)水比較敏感的有機(jī)相酶促反應(yīng) （如:肽的合成），可用水模擬物代替水，目前常用的水模擬物有甲醇、二甲基甲酰胺、四氫呋喃等，它們對(duì)水敏性酶促反應(yīng)意義特別大。由于溶劑的極性能直接導(dǎo)致酶脫水失活，因此Colja Laane[6]采用溶劑疏水性參數(shù)LogP值來評(píng)價(jià)有機(jī)溶劑對(duì)酶的影響程度，這一參數(shù)廣泛使用。然而酶的相對(duì)反應(yīng)速率與溶劑LogP之間并不呈現(xiàn)線性關(guān)系[8]。分配系數(shù)直接反映底物和產(chǎn)物在有機(jī)溶劑中的溶劑化，故作為描述酶在有機(jī)介質(zhì)中活性是十分有效的。 酶有機(jī)溶劑中，酶的利用形式一般有三種:酶粉、化學(xué)修飾酶和固定化酶。其中，PEG共價(jià)修飾酶活性最高，在以乙烯基月桂酸為?；瘎r(shí)，其相對(duì)酶活性達(dá)到100%；硅藻土吸附酶活性為70%；而酶粉、PEG與酶粉酶活性均小于1%。用糖脂修飾的SOD在有機(jī)溶劑中的酶活性甚至比水中還高。固定化酶在有機(jī)介質(zhì)中酶活性提高，為了解釋該現(xiàn)象，Kyeong Kyu Kim[12]研究了B. cepacia產(chǎn)的脂酶的晶體結(jié)構(gòu)，他發(fā)現(xiàn)脂酶的活性中心存在一個(gè)“蓋子”覆蓋了脂酶的活性位點(diǎn)，自由酶的活性位點(diǎn)呈現(xiàn)“關(guān)閉”狀態(tài)，而被固定化的酶在載體表面呈現(xiàn)“開放”的形式，即酶活中心的“蓋子”沒有覆蓋酶的活性位點(diǎn)，酶活就獲得了提高。通過研究不同pH條件下冷凍干燥酶在同一有機(jī)溶劑中的酶活性表明，酶在有機(jī)溶劑溶液的催化最適pH與在水溶液中極為相近。由于不同緩沖液對(duì)酶表面微弱的物理效應(yīng)、在結(jié)晶和冷凍干燥過程中冰凍水溶液的相行為、與殘余水之間相互作用、與酶或底物間相互作用等的不同使得酶活性在冷凍干燥后相差上千倍。這種現(xiàn)象在其它酶中也有出現(xiàn)，如A胰蛋白酶與95%KCI冷凍干燥，Kcat/Km值可增加50倍。后一種解釋被廣為接受。所以，他認(rèn)為酶在鹽基質(zhì)中之所以保持較高的酶活性，是由于鹽基質(zhì)對(duì)有機(jī)溶劑致使酶失活提供一種保護(hù)效應(yīng)。酶活性隨冷凍干燥時(shí)間增加而增加，水含量低于最適含量，則迅速降低?？梢?，鹽效應(yīng)機(jī)制有待進(jìn)一步研究。Alexander M. Klibanov[15]研究了四種蛋白酶和三種脂肪酶與配體共存的水溶液經(jīng)冷凍干燥的酶活性，發(fā)現(xiàn)比沒有配體的活力大大地提高。非配體的冷凍干燥劑如:山梨醇、木糖醇、海藻糖、甘露醇以及PEG等在酶冷凍干燥之前加入酶水溶液中，也能極大地提高酶在有機(jī)相催化活性，其作用機(jī)制與配體相同。 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。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。吳虹[17]等人在研究超聲作用下的酶促?gòu)U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)。這些工作有待進(jìn)一步深入研究。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。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。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。這是造成酶活性下降的主要原因之一。在某種程度上，一
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