用hofmeister效应解释离子液体对生物催化的影响道

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1、用Ｈｏｆｍｅｉｓｔｅｒ效应解释离子液体对生物催化的影响杨缜·广东省深圳市深圳大学生命科学学院邮编５１８０６０电话：０７５５－２６５３４１５２Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｙａｎｇＳｓｚｕ．ｅｄｕ．ｃｎ１．简介生物催化已经从传统观念的水环境反应体系发展到非水介质体系（如有机溶剂），其最大好处就是能够催化很多因为反应物不溶于水而在水溶液中不能进行的反应。离子液体是近年来新出现的可以取代常规挥发性有机溶剂进行酶催化的一种新型绿色非水溶剂，正受到各国学术界和工业界的广泛关注【ｌ】。离子液体是常温下呈液态的有机熔盐，其“绿色”性在于无挥发性，不易燃，具备良

2、好的化学稳定性和热稳定性，并可回收循环使用。它在生物催化领域的开发和应用将对促进酶化学的研究和酶工业的发展起着重要的作用。离子液体区别于常规有机溶剂的一个重要特性就是它的可设计性。可以通过改变离子液体的阳离子或阴离子或在其阴、阳离子上引入某些特定的功能团，来改变离子液体的各种溶剂性质，以达到增?拥孜?aname=baidusnap0>浓度、进行均相反应、提高酶的反应速度、稳定性和选择性等目的。但是，这一优势要得到充分利用，首先必须从本质上真正了解离子液体的结构和性质对酶催化的影响作用，而这正是一直以来倍受关注却尚未解决的一个重要问题

3、。本文拟从离子液体的离子性质出发对此进行探讨，从而提出能促进生物催化的离子液体的设计新思路。很多实验已经表明，酶在离子液体中遵循的催化机理和在有机溶剂和水溶液中的一致。因此我们认为【Ｉ】，和在有机溶剂中【２】一样，酶在离子液体中其蛋白质结构周围也有一层超薄的微水层，离子液体也是通过以下三种作用方式对酶产生影响的：一，夺取酶分子周围的结合水；二，进入微水层与酶分子直接作用，：三，与底物或产物的作用。与有机溶剂不同的是，离子液体进入微水层后溶解并分离成阴、阳离子，而不是以完整的分子形式存在。离子的存在肯定会对上述三种作用产生影响，特别是

4、：（１）通过极化邻近的水分子来影响水与蛋白质之间形成的氢键：（２）通过增加蛋白质骨架上一些疏水性空穴的表面张力来干扰蛋白质内部的疏水相互作用：（３）强亲核性的阴离子甚至可能直接与蛋白质肽链上的酰胺键发生作用。事实上，很多实验已经发现无机离子对酶在水溶液罩的活性和稳定性的影响遵循Ｈｏｆｍｅｉｓｔｅｒ系歹ｌＪ〔Ｈｏｆｍｅｉｓｔｅｒ，１８８８１（见图１）。虽然Ｈｏｆｍｅｉｓｔｅｒ效应神奇了一个多世纪，可以用来解释生物化学、胶体化学、电化学、物理化学、表面化学、微生物生长等多个领域的很多现象，但是其作用原理还有待进一步研究。Ｈｏｆｍｅｉｓｔ

5、ｅｒ效应对酶催化行为的影响也引起了各国科学界的浓厚兴趣。本文先讨论无机盐离子对酶催化的影响，再考虑在含离子液体的水溶液中酶催化行为是否遵循Ｈｏｆｍｅｉｓｔｅｒ效应，最后用我们最近关于酩氨酸酶的研究结果来揭示离子液体及其阴、阳离子的联合作用对酶催化的影响。２７．一旦ａｈｉ．Ｉｉｚｉｎ｜婀业ｉ吐一－Ｄ盈ａｂｌ此ｉⅡ｜犁ｍ￡ｉｏ◆：Ａｎｉｏｍ：Ｓ０４ｚ”一ＨＰ０４２”一ｃＨ３Ｃ００”一Ｆ｛ｃｒ—Ｂｆ‘一Ｎｏｒ—ｒ—ＣｌＯｄ—ＳＣＮ’－●－Ｋｏｓｍｏｔｒｏｌｘｍ卜；’Ｃｈａｏｔｒｏｒｍ●●●Ｃａｔｉｏｎｓ：Ｍｇ扣一Ｌｉ＋一Ｎａ＋：．Ｋ．＋一

6、ＮＨ．＋一（ＣＨ，）ＩＮ＋．．●———————————一—————————————◆Ｄｃｓｍｂｉｌ／ｚｉｎｇｐｒｏｔｅｉｎｓＳｔａｂｉｌｉｚｉｎｇｐｒｏｔｅｉｎｓ图１．Ｈｏｆｍｅｉｓｔｅｒ系列【５１２．Ｈｏｆｉｎｅｉｓｔｅｒ效应对酶在含无机盐的水溶液中催化的影响在水溶液中无机盐离子对酶催化性质的影响是一个复杂的机制，既有化学作用，又有物理作用。前者指无机盐离子可能作为底物、辅助因子或抑制剂与酶发生直接的相互作用；后者包括无机盐离子与酶分子表面或活性中心内部的特殊基团的静电作用和极化作用，涉及到离子对水的体相结构的影响、对蛋白．水之间

7、相互作用的影响、以及离子与酶分子之间的直接作用ｐ１。一般认为，Ｈｏｆｍｅｉｓｔｅｒ效应与离子的ｋｏｓｍｏｔｒｏｐｉｃｉｔｙ／ｃｈａｏｔｒｏｐｉｃｉｔｙ性质直接相关，后者可用Ｊｏｎｅｓ．ＤｏｌｅｖｉｓｃｏｓｉｔｙＢｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ定量反映出来〔ＪｅｎｋｉｎｓａｎｄＭａｒｃｕｓ，ｌ９９５】：ｋｏｓｍｏｔｒｏｐｅｓ和ｃｈａｏｔｒｏｐｅｓ的Ｂ系数分别是正值和负值。一般来说，ｋｏｓｍｏｔｒｏｐｉｃ阴离子和ｃｈａｏｔｒｏｐｉｃ阳离子有利于酶催化〔Ｚｈａｏ，２００５〕。这可以从离子的优先水合作用和对蛋白分子的直接作用两方面来解释酶的稳定化

8、【引。３．Ｈｏｆｍｅｉｓｔｅｒ效应对酶在含离子液体的水溶液中催化的影响可以想象，离子液体的阴、阳离子在水溶液中对酶的催化性质的影响同样应该遵循上述的规律。文献检索确实显示，不同的酶在加入不同离子液体的水溶液中会表现出不同的活性和稳定性