非水介质中酶催化反应类型及其应用

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1、非水介质中酶催化反应类型及其应用摘要：酶催化反应在医药、食品、以及化工领域有着广泛的应用。酶催化反应体系，从水溶液转变到水互溶有机溶剂、水-有机介质两相反应体系、微水有机溶剂、反向胶束体系，该文对近几年来非水介质中酶催化反应研究进展进行了总结，详细地综述了非水体系酶催化反应的类型，提出了应用前景，系统的介绍了固定化酶在非水介质中的催化动力学行为。关键词：非水介质酶催化反应固定化酶1.非水介质中酶的催化反应及其特征传统的理论认为，生物催化剂，包括酶、细胞均是在水溶液环境下催化水溶性底物的转化。酶作为生物催化剂，在体外只能在水溶液环境才能保持活性，而再有机介质中往往失活或变性。然而事实并非

2、如此，如向酶溶液中加入能与水互溶的酒精等，或制作乳化的水-有机溶剂两相系统，甚至在无水的有机介质中没扔能具有催化活性，证明了在非水有机介质中酶仍能进行催化反应，并且还具有与水溶液系统不同的一些奇异特性。1984年，美国麻省理工学院的科学家Klihanov成功地实现了猪胰脂肪酶在99%的有机溶剂中催化三丁酸甘油酯与醇之间的转酯反应，并证实了酶在100℃高温下，不仅能够在有机溶质中保持稳定，而且还能显示出很高的的催化没活力。这一发现为酶学研究的应用又带来了一次革命性的飞跃，并成为生物化学和有机合成研究中迅速发展的领域。这个试验为非水相酶学奠定了基础。2.酶的固定化研究2.1固定化酶的概论固

3、定化没事20世纪50年代发展起来的一项新技术。所谓固定化酶，即用固体材料将酶束缚或限制与一定区域内，仍能进行其特有的催化反应，并可回收及重复使用的一类技术。2.2固定化酶的优缺点与游离酶相比，固定化酶有以下优点：①容易将固定化酶和底物、产物分开②可以在较长时间内进行反复分批反应和装柱连续反应③在大多数情况下，能够提高酶的稳定性④酶反应过程能够加以严格控制⑤产物溶液中没有酶的残留，简化了产物的提取纯化工艺⑥比游离酶更适于进行多酶反应⑦可以增加产物的收率，提高产物的质量⑧酶的使用效率高，成本低同时，固定化酶也存在一些缺点：①固定化时，酶活力有损失②增加了生产的成本，工厂初期投资较大③只能用

4、于可溶性底物，而且适用于小分子底物，对于大分子底物不适合④与完整菌体相比不适于多酶反应，特别是需要辅助因子的反应⑤胞内酶经过酶的分离过程2.3酶的固定化方法酶的固定化方法通常按照用于结合的化学反应的类型进行分类，可分为吸附法、包埋法、共价结合法、交联法4种。2.3.1吸附法吸附法分为离子吸附法和物理吸附法，是利用离子键、物理吸附等方法，将酶固定在纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔玻璃载体上的固定方式。工艺简单及条件温和是其主要特点，吸附工程可同时达到纯化和固定化，酶失活后可重新活化，载体可以再生。2.3.1.1物理吸附法酶被吸附于不溶性载体上的一种固定方法。物理吸附法具有酶活性中心不易被破坏

5、和酶的高级结构变化少的优点。但他与载体的相互作用力弱，酶易脱落。2.3.1.2离子吸附法离子吸附法是将酶于含有离子交换基的水不溶性载体相结合的固定方法。离子吸附法操作简单，处理条件温和，酶的高级结构和活性中心的氨基酸残基不易被破坏，能得到回收率较高的固定化酶。影响酶蛋白在载体上吸附程度的因素：①ph值影响载体和酶的电荷变化，从而影响酶吸附。②离子浓度多方面的影响，一般认为盐阻止吸附。③蛋白质浓度若吸附剂的量固定，随蛋白质浓度增加，吸附量也增加，直至饱和。④温度蛋白质往往是随温度上升而减少吸附。⑤吸附速率蛋白质在固体载体上吸附速率要比小分子慢得多。⑥载体对于非多孔性载体，则颗粒越小吸附力

6、越强。多孔性载体，要考虑吸附对象的大小和总吸附面积的大小。2.3.2包埋法包埋法是用一定的方法将酶包埋在半透性的载体之中，制成固定化酶。此载体的孔径只允许小分子的底物，产物自由穿过，不允许大分子的酶穿过，从而使酶易于与产物分离。优点是酶分子本身不参与水不溶性载体的形成，许多酶都可用这种方法进行固定化。方法较为简单，酶分子仅仅是被包埋起来，而未受到化学反应，所以可以得到活性较高的固定化酶，但是这种方法对于作用于大分子底物的酶是不适用的。同时又与高聚物内的方法对大分子底物产生扩散阻力导致固定化酶动力学行为改变，使活力下降。包埋法主要分为凝胶包埋法和微胶囊包埋法。凝胶包埋法时将个别酶分子包在

7、高聚物格子中。微胶囊包埋法是将酶溶液或悬浮液包在膜内，膜既能使酶存在于类似细胞内的环境，又可以阻止酶脱落。微胶囊固定化酶的制备方法有界面聚合法、液体干燥法、界面沉淀法和脂质体包埋法。微胶囊包埋法有很多优点：微胶囊的大小可以控制；胶囊化时间较短；酶和底物接触表面积很大，利于酶反应；多种酶可以同时包埋在同一胶囊中，利于多酶固定化。2.3.3共价结合法共价结合法是酶蛋白分子上的官能团和固相支持物表面上的反应基团之间形成化学共价键连接，从而固定酶的方法