非水相酶催化技术的研究进展

赵洪宇

摘 要： 非水相酶中的催化技术是在传统的酶化中快速发展并逐渐出现的一个崭新分支，本文对非水相酶催化技术进行了简要的介绍，并阐述了非水相酶的反应体系、酶学性质在非水介质中的特性以及催化技术的研究进展，为今后研究非水相酶催化技术提供了合理的依据。

关键词： 非水相;酶;催化技术;进展

生物中的催化技术是通过酶或者是其他有机体，例如细胞等作为一种催化介质，对其进行化学方式的转变过程，这就是生物的转化。直到二十世纪八十年代中期，Zaks A及Klibanov A M 提出有机相介质中脂肪酶的催化技术以及热稳定性的相关研究，为酶的发展提供了有效的基础。在之后的二十多年中，非水相酶在催化技术方面得到了飞速的发展，并具有广阔的运用前景。

1 酶促反映体系分类

1.1 有机相体系

有机相酶的催化技术反应体系在非水相酶的催化中是比较常见的一种，酶在有机的溶剂中或者是含水量比较低的体系中进行催化反应。有机溶剂的作用有两个方面，其中一方面是有机溶剂可以将水解酶的作用进行改变，这样在反应过程中对合成的方向进行促进;另一方面是对疏水性底物在其他物质中的溶解性进行增加。现阶段对两种以及两种以上的有机溶剂按照严格的配比复合溶剂的研究比较多，这样可以得到的酶活以及底物溶解度都是比较高的。

1.2 超临界流体体系

超临界流体最早在二十世纪的九十年代中进行研究的，这是一种比较特殊的物质，超越了临界的湿度和压力，其物理性质在液体和气体两者之间。最早是对超临界的气体进行研究，当超临界流体作为一种溶剂的时候，有着粘度比较低、传递性比较高一级溶解性比较大的特点，除此之外还有容易分离底物和反应物的特点，其特质具有无毒的特性，不能燃烧，化学性质属于惰性等。

1.3 离子液体体系

离子液体是在室内温度下呈现为液态的一种无机盐，其性质和溶剂有着很多相似的地方。由于离子液体有着独特的非挥发性及溶解性，可以作为一种绿色有机溶剂以及催化剂进行使用，并且已经逐渐运用在很多有机反应之中。

1.4 反胶束体系

反胶束体系是在表面上水存在比较少以及活性剂比较少的一种有机溶剂体系，能够对一个酶适应的天然环境进行很好的模拟，这就使得很多酶可以在反胶束体系中保持自身良好的活性以及稳定性。反胶束在组成上具有灵活的特点，有着稳定的热力学，在阻力传介比较小，容易对产生的产物进行回收。现阶段，反胶束体系大范围的使用在催化、合成等反应中。

2 非水介质中酶的特性

2.1 非水介质对酶特性的影响

稳定性：酶在很多催化技术中的稳定性是比较高的，经过研究，酶在苯中的催化脂进行交换反应过程中，酶的活力在20摄氏度到70摄氏度之间，并且在温度不断升高的时候酶的活力也进行增加。在非水的环境中，当温度很高时，酶的活性还能保持很高的稳定性。

立體选择性：酶在对外消旋化合物中的某一种构象进行识别，对其中的映体能力进行很好的识别。通常情况下，脂肪酶在选择性上和溶剂的介电常数以及偶极矩上都有着很好的关系。酶和溶剂有着很大的关联，其中当溶剂在介电常数以及偶极矩方面增大，酶在映体上的选择性就会变差。

化学键及基团选择性：非水介质中的酶催化中其中还有一个突出的特点，那就是在化学键的选择性上。在有机的溶剂中酶在催化过程中对位置进行了选择，这样可以使得酶很好的在基团中的某个位置中选择催化的底物进行反应。

2.2 水对酶催化的影响

在非水相过程中，酶蛋白中的很多特征都是由水进行决定的，例如酶的活性、酶的稳定性以及酶的特异性等。在酶催化反应中，水有正面和反面两种作用。其中正面作用是酶离开谁都不能进行催化活性过程的，酶在活性催化下虽然需要很少的水量，但是这些少量的水是不能失去的，否则酶的催化活性就不会受到影响了。而在反面作用下，水和很多酶的失活都有着很大的关系，特别是在酶的热失活中。除此之外，水的存在对催化技术中的热力学平衡也是相当不利的。

3 非水相酶催化技术的研究方向

近些年，非水相酶催化技术也有一些全新的研究方向，主要是体现在酶的改造及新反应体系之中。其中一个方面是对耐溶剂酶进行筛选及建立，在蛋白质工程或者是定向进化的方法中对酶的分子结构进行改变，从而找到高性能的突变体。除此之外，在非水相溶剂中固定化的技术对酶的稳定性和活性进行保障。另一个方面是对酶的催化性能进行加强，这样的方式可以使用到在酶的催化性能中，这样可以帮助相容的介质进行选择并且对这个过程进行优化，这样的方法一般是使用在选择物理和化学的性质及结构上的反应，从而达到酶和其他底物反应的作用，这样可以将酶的强化性能进行实现，并且能够进行定向的调控，这也是今天非水相酶催化技术的研究方向。

4 结束语

生物催化作用属于作为绿色环保的一种技术，并且通过酶促反应可以改变之前在水溶液中进行的反应。现阶段，很多化学专家通过非水相酶催化反应的方式代替之前使用到的化学催化底物，可以满足不同种类的化学催化反应。当时，非水相酶催化作用并没有得到大范围的推广，其还有一些需要进行改进的方面。我相信在未来的生物工程中，非水相酶催化作用得到能够大范围的推广并得到新的开辟路径。

参考文献

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