非水相酶催化技術的研究進展

趙洪宇

摘 要： 非水相酶中的催化技術是在傳統的酶化中快速發展并逐漸出現的一個嶄新分支，本文對非水相酶催化技術進行了簡要的介紹，并闡述了非水相酶的反應體系、酶學性質在非水介質中的特性以及催化技術的研究進展，為今后研究非水相酶催化技術提供了合理的依據。

關鍵詞： 非水相;酶;催化技術;進展

生物中的催化技術是通過酶或者是其他有機體，例如細胞等作為一種催化介質，對其進行化學方式的轉變過程，這就是生物的轉化。直到二十世紀八十年代中期，Zaks A及Klibanov A M 提出有機相介質中脂肪酶的催化技術以及熱穩定性的相關研究，為酶的發展提供了有效的基礎。在之后的二十多年中，非水相酶在催化技術方面得到了飛速的發展，并具有廣闊的運用前景。

1 酶促反映體系分類

1.1 有機相體系

有機相酶的催化技術反應體系在非水相酶的催化中是比較常見的一種，酶在有機的溶劑中或者是含水量比較低的體系中進行催化反應。有機溶劑的作用有兩個方面，其中一方面是有機溶劑可以將水解酶的作用進行改變，這樣在反應過程中對合成的方向進行促進;另一方面是對疏水性底物在其他物質中的溶解性進行增加。現階段對兩種以及兩種以上的有機溶劑按照嚴格的配比復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的九十年代中進行研究的，這是一種比較特殊的物質，超越了臨界的濕度和壓力，其物理性質在液體和氣體兩者之間。最早是對超臨界的氣體進行研究，當超臨界流體作為一種溶劑的時候，有著粘度比較低、傳遞性比較高一級溶解性比較大的特點，除此之外還有容易分離底物和反應物的特點，其特質具有無毒的特性，不能燃燒，化學性質屬于惰性等。

1.3 離子液體體系

離子液體是在室內溫度下呈現為液態的一種無機鹽，其性質和溶劑有著很多相似的地方。由于離子液體有著獨特的非揮發性及溶解性，可以作為一種綠色有機溶劑以及催化劑進行使用，并且已經逐漸運用在很多有機反應之中。

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溶劑體系，能夠對一個酶適應的天然環境進行很好的模擬，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定性。反膠束在組成上具有靈活的特點，有著穩定的熱力學，在阻力傳介比較小，容易對產生的產物進行回收。現階段，反膠束體系大范圍的使用在催化、合成等反應中。

2 非水介質中酶的特性

2.1 非水介質對酶特性的影響

穩定性：酶在很多催化技術中的穩定性是比較高的，經過研究，酶在苯中的催化脂進行交換反應過程中，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候酶的活力也進行增加。在非水的環境中，當溫度很高時，酶的活性還能保持很高的穩定性。

立體選擇性：酶在對外消旋化合物中的某一種構象進行識別，對其中的映體能力進行很好的識別。通常情況下，脂肪酶在選擇性上和溶劑的介電常數以及偶極矩上都有著很好的關系。酶和溶劑有著很大的關聯，其中當溶劑在介電常數以及偶極矩方面增大，酶在映體上的選擇性就會變差。

化學鍵及基團選擇性：非水介質中的酶催化中其中還有一個突出的特點，那就是在化學鍵的選擇性上。在有機的溶劑中酶在催化過程中對位置進行了選擇，這樣可以使得酶很好的在基團中的某個位置中選擇催化的底物進行反應。

2.2 水對酶催化的影響

在非水相過程中，酶蛋白中的很多特征都是由水進行決定的，例如酶的活性、酶的穩定性以及酶的特異性等。在酶催化反應中，水有正面和反面兩種作用。其中正面作用是酶離開誰都不能進行催化活性過程的，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系，特別是在酶的熱失活中。除此之外，水的存在對催化技術中的熱力學平衡也是相當不利的。

3 非水相酶催化技術的研究方向

近些年，非水相酶催化技術也有一些全新的研究方向，主要是體現在酶的改造及新反應體系之中。其中一個方面是對耐溶劑酶進行篩選及建立，在蛋白質工程或者是定向進化的方法中對酶的分子結構進行改變，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對酶的穩定性和活性進行保障。另一個方面是對酶的催化性能進行加強，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進行選擇并且對這個過程進行優化，這樣的方法一般是使用在選擇物理和化學的性質及結構上的反應，從而達到酶和其他底物反應的作用，這樣可以將酶的強化性能進行實現，并且能夠進行定向的調控，這也是今天非水相酶催化技術的研究方向。

4 結束語

生物催化作用屬于作為綠色環保的一種技術，并且通過酶促反應可以改變之前在水溶液中進行的反應。現階段，很多化學專家通過非水相酶催化反應的方式代替之前使用到的化學催化底物，可以滿足不同種類的化學催化反應。當時，非水相酶催化作用并沒有得到大范圍的推廣，其還有一些需要進行改進的方面。我相信在未來的生物工程中，非水相酶催化作用得到能夠大范圍的推廣并得到新的開辟路徑。

參考文獻

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