脂肪酶催化反应有机溶剂和载体的影响
化学先生 / 2019-08-02
1：有机溶剂的影响
体系水活度并不是影响有机相中酶活力的唯一因素。在相同的水活度或相同的水化度下，虽然酶活力随水活度变化的趋势非常相似，但酶活力在不同的有机溶剂体系中并不相同。如Ducret等用Candida antarctica (B) 脂肪酶在相同水活度的不同有机溶剂中催化(士)-布洛芬酯化反应发现，即使在相同的水活度下，疏水溶剂中的催化活性也明显高于亲水溶剂。由此说明亲水溶剂中酶活性的降低，并不单单是有机溶剂夺取酶分子中结合水的结果，溶剂的影响也很重要。有机溶剂可通过三种方式影响酶的催化行为。
①有机溶剂本身的性质对酶的主要水分子层有很大影响，非极性亲油型有机溶剂，如脂肪烃类溶剂不易夺取酶分子周围的必需水，对酶活性影响小，适于酶催化反应;强极性有机溶剂可溶解大量水，有夺走必需水的趋势，导致酶失活。
②有机溶剂也可通过底物、产物在水相和有机相中的分配，使其在酶必需水层的浓度发生变化，来影响酶催化反应。
③有机溶剂对酶的直接影响。关于有机溶剂对酶的直接影响，Simon等指出44]:有机溶剂可使底物基态能级下降或使酶底物复合物能级升高，从而增大酶反应的活化能，来降低酶反应速率;有机溶剂分子还可进人酶活性中心，降低中心内部极性并促进底物与酶之间氢键的形成，使酶活性下降;同时，有机溶剂的侵入会引起酶的三级结构发生变化，通过间接改变酶的活性中心结构，来影响酶的催化活性。
2：载体的影响
M. Arroyo等采用载体(Al2O3、 SiO2、琼脂糖)疏水性不同的固定化Candida cylindrance脂肪酶，在异辛烷中催化布洛芬的酯化反应发现，疏水性载体中酶的活性明显高于亲水性载体。J.M.Moreno等采用疏水性不同的载体，以共价结合方法使脂肪酶固定化，在水相中催化2-苯基丙酸酯的水解反应也发现，疏水性载体更有利于展现酶的活性。一般来讲，载体对酶的影响有以下几个方面。
①载体能通过分配效应剧烈地改变酶的微环境中底物和产物的局部浓度。由于载体上疏水基团的存在，使疏水性底物在疏水作用下，分配到载体周围的浓度，高于反应介质中的浓度，使酶反应速率提高。
②载体影响酶分子上的结合水。有的研究者认为，亲水性高的载体会从溶剂和酶中夺取大量的水，造成酶部分失水而降低酶活性。他们认为，载体的亲水性是选用固定化酶用于有机相反应时，首先要考虑的问题。Tanaka等用适当配比的具有不同亲水能力的树脂包埋固定化酶，很好地控制了脂肪酶在有机相反应中所需要的微水环境。也有的研究者研究了固定化载体的亲水性对固定化酶在有机相中催化活性的影响。他们首次用分配到载体上的水量与溶剂中水量之比(IgAq)代表载体亲水性，研究了13 种载体的lgAq值与这些载体的固定化酶在有机相中催化活力的相互关系，并指出:低lgAq值的载体有利于固定化酶在有机相中催化活性的表现。此外载体的比表面积、孔径大小及分布与酶之间的作用也是要考虑的问题。
③载体对动力学的影响。以前通常认为载体是惰性的，不会对反应动力学产生影响，但Adlercreutz等 的研究发现:即使在相等的水活度下，固定化酶的反应速率也会因载体的不同而有很大差别，最高可达一一个数量级，这意味着载体对固定化酶的活性有直接影响。
在使用固定化酶时，载体会改变酶的微环境，并可能影响到酶的主要水分子层以及酶的活性。通过改变载体的性质如亲水性、带电性等，可以很容易地达到改变酶的微环境的目的，这种方法可能是使酶在强极性有机溶剂中不失活的一种简单而有效的方法。目前虽然文献中有大量的有关固定化酶的报道，但大部分工作都热衷于探讨新的固定化酶载体，而对载体的性质、微环境的改变，如何影响酶的活性这一基础问题注意不够。由于对它的认识很粗浅，目前还无法预测一个给定的载体对酶的活性究竟有何影响。对固定化酶在有机溶剂中的催化反应研究，还停留在一个相当原始的水平上。
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