非水相酶催化技術(shù)的研究進(jìn)展

趙洪宇

摘 要： 非水相酶中的催化技術(shù)是在傳統(tǒng)的酶化中快速發(fā)展并逐漸出現(xiàn)的一個(gè)嶄新分支，本文對(duì)非水相酶催化技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，并闡述了非水相酶的反應(yīng)體系、酶學(xué)性質(zhì)在非水介質(zhì)中的特性以及催化技術(shù)的研究進(jìn)展，為今后研究非水相酶催化技術(shù)提供了合理的依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 非水相;酶;催化技術(shù);進(jìn)展

生物中的催化技術(shù)是通過(guò)酶或者是其他有機(jī)體，例如細(xì)胞等作為一種催化介質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行化學(xué)方式的轉(zhuǎn)變過(guò)程，這就是生物的轉(zhuǎn)化。直到二十世紀(jì)八十年代中期，Zaks A及Klibanov A M 提出有機(jī)相介質(zhì)中脂肪酶的催化技術(shù)以及熱穩(wěn)定性的相關(guān)研究，為酶的發(fā)展提供了有效的基礎(chǔ)。在之后的二十多年中，非水相酶在催化技術(shù)方面得到了飛速的發(fā)展，并具有廣闊的運(yùn)用前景。

1 酶促反映體系分類

1.1 有機(jī)相體系

有機(jī)相酶的催化技術(shù)反應(yīng)體系在非水相酶的催化中是比較常見(jiàn)的一種，酶在有機(jī)的溶劑中或者是含水量比較低的體系中進(jìn)行催化反應(yīng)。有機(jī)溶劑的作用有兩個(gè)方面，其中一方面是有機(jī)溶劑可以將水解酶的作用進(jìn)行改變，這樣在反應(yīng)過(guò)程中對(duì)合成的方向進(jìn)行促進(jìn);另一方面是對(duì)疏水性底物在其他物質(zhì)中的溶解性進(jìn)行增加?，F(xiàn)階段對(duì)兩種以及兩種以上的有機(jī)溶劑按照嚴(yán)格的配比復(fù)合溶劑的研究比較多，這樣可以得到的酶活以及底物溶解度都是比較高的。

1.2 超臨界流體體系

超臨界流體最早在二十世紀(jì)的九十年代中進(jìn)行研究的，這是一種比較特殊的物質(zhì)，超越了臨界的濕度和壓力，其物理性質(zhì)在液體和氣體兩者之間。最早是對(duì)超臨界的氣體進(jìn)行研究，當(dāng)超臨界流體作為一種溶劑的時(shí)候，有著粘度比較低、傳遞性比較高一級(jí)溶解性比較大的特點(diǎn)，除此之外還有容易分離底物和反應(yīng)物的特點(diǎn)，其特質(zhì)具有無(wú)毒的特性，不能燃燒，化學(xué)性質(zhì)屬于惰性等。

1.3 離子液體體系

離子液體是在室內(nèi)溫度下呈現(xiàn)為液態(tài)的一種無(wú)機(jī)鹽，其性質(zhì)和溶劑有著很多相似的地方。由于離子液體有著獨(dú)特的非揮發(fā)性及溶解性，可以作為一種綠色有機(jī)溶劑以及催化劑進(jìn)行使用，并且已經(jīng)逐漸運(yùn)用在很多有機(jī)反應(yīng)之中。

1.4 反膠束體系

反膠束體系是在表面上水存在比較少以及活性劑比較少的一種有機(jī)溶劑體系，能夠?qū)σ粋€(gè)酶適應(yīng)的天然環(huán)境進(jìn)行很好的模擬，這就使得很多酶可以在反膠束體系中保持自身良好的活性以及穩(wěn)定性。反膠束在組成上具有靈活的特點(diǎn)，有著穩(wěn)定的熱力學(xué)，在阻力傳介比較小，容易對(duì)產(chǎn)生的產(chǎn)物進(jìn)行回收?，F(xiàn)階段，反膠束體系大范圍的使用在催化、合成等反應(yīng)中。

2 非水介質(zhì)中酶的特性

2.1 非水介質(zhì)對(duì)酶特性的影響

穩(wěn)定性：酶在很多催化技術(shù)中的穩(wěn)定性是比較高的，經(jīng)過(guò)研究，酶在苯中的催化脂進(jìn)行交換反應(yīng)過(guò)程中，酶的活力在20攝氏度到70攝氏度之間，并且在溫度不斷升高的時(shí)候酶的活力也進(jìn)行增加。在非水的環(huán)境中，當(dāng)溫度很高時(shí)，酶的活性還能保持很高的穩(wěn)定性。

立體選擇性：酶在對(duì)外消旋化合物中的某一種構(gòu)象進(jìn)行識(shí)別，對(duì)其中的映體能力進(jìn)行很好的識(shí)別。通常情況下，脂肪酶在選擇性上和溶劑的介電常數(shù)以及偶極矩上都有著很好的關(guān)系。酶和溶劑有著很大的關(guān)聯(lián)，其中當(dāng)溶劑在介電常數(shù)以及偶極矩方面增大，酶在映體上的選擇性就會(huì)變差。

化學(xué)鍵及基團(tuán)選擇性：非水介質(zhì)中的酶催化中其中還有一個(gè)突出的特點(diǎn)，那就是在化學(xué)鍵的選擇性上。在有機(jī)的溶劑中酶在催化過(guò)程中對(duì)位置進(jìn)行了選擇，這樣可以使得酶很好的在基團(tuán)中的某個(gè)位置中選擇催化的底物進(jìn)行反應(yīng)。

2.2 水對(duì)酶催化的影響

在非水相過(guò)程中，酶蛋白中的很多特征都是由水進(jìn)行決定的，例如酶的活性、酶的穩(wěn)定性以及酶的特異性等。在酶催化反應(yīng)中，水有正面和反面兩種作用。其中正面作用是酶離開(kāi)誰(shuí)都不能進(jìn)行催化活性過(guò)程的，酶在活性催化下雖然需要很少的水量，但是這些少量的水是不能失去的，否則酶的催化活性就不會(huì)受到影響了。而在反面作用下，水和很多酶的失活都有著很大的關(guān)系，特別是在酶的熱失活中。除此之外，水的存在對(duì)催化技術(shù)中的熱力學(xué)平衡也是相當(dāng)不利的。

3 非水相酶催化技術(shù)的研究方向

近些年，非水相酶催化技術(shù)也有一些全新的研究方向，主要是體現(xiàn)在酶的改造及新反應(yīng)體系之中。其中一個(gè)方面是對(duì)耐溶劑酶進(jìn)行篩選及建立，在蛋白質(zhì)工程或者是定向進(jìn)化的方法中對(duì)酶的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，從而找到高性能的突變體。除此之外，在非水相溶劑中固定化的技術(shù)對(duì)酶的穩(wěn)定性和活性進(jìn)行保障。另一個(gè)方面是對(duì)酶的催化性能進(jìn)行加強(qiáng)，這樣的方式可以使用到在酶的催化性能中，這樣可以幫助相容的介質(zhì)進(jìn)行選擇并且對(duì)這個(gè)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，這樣的方法一般是使用在選擇物理和化學(xué)的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)上的反應(yīng)，從而達(dá)到酶和其他底物反應(yīng)的作用，這樣可以將酶的強(qiáng)化性能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并且能夠進(jìn)行定向的調(diào)控，這也是今天非水相酶催化技術(shù)的研究方向。

4 結(jié)束語(yǔ)

生物催化作用屬于作為綠色環(huán)保的一種技術(shù)，并且通過(guò)酶促反應(yīng)可以改變之前在水溶液中進(jìn)行的反應(yīng)?，F(xiàn)階段，很多化學(xué)專家通過(guò)非水相酶催化反應(yīng)的方式代替之前使用到的化學(xué)催化底物，可以滿足不同種類的化學(xué)催化反應(yīng)。當(dāng)時(shí)，非水相酶催化作用并沒(méi)有得到大范圍的推廣，其還有一些需要進(jìn)行改進(jìn)的方面。我相信在未來(lái)的生物工程中，非水相酶催化作用得到能夠大范圍的推廣并得到新的開(kāi)辟路徑。

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