脂肪酶催化反应的研究进展.docVIP

文章编号 :1001 - 4764 (2000) 03 - 0189 - 03 脂肪酶催化反应的研究进展 Ξ 咸 漠 , 康亦兼 , 杨 丽 , 孙 艳 ( 青岛化工学院化工与制药工程学院 ,青岛 266042) 摘 要 : 综述了脂肪酶催化特性及近年对反应体系中水 、介质 、载体等对脂肪酶催 化活性影响的研究成果 。 关键词 : 脂肪酸 ; 酶活性 ; 酯化反应 中图分类号 : Q 556 文献标识码 : A 与化学催化剂相比 ,脂肪酶催化的酯化反应 具有低能耗 、选择性好和转化率高等优点 ,在近年 来受到国内外学者的重视 ,迄今已有上百种酯的 合成报道 。本文综述了脂肪酶催化酯化反应的近 期研究成果 。 一种产物 ,那么反应生成产物在含水体系中产率 一般很低 。Iwai 等6 用各种脂肪酸和萜醇 在 水 体系中酯化的研究表明 ,大多数脂肪酶没有活性 或活性很低 。从工业化的角度来看 ,如果活性很 低 ,这会使反应成本提高 ,对脂肪酶催化酯化反应 是不适宜的 。 水含量对脂肪酶的影响可以从两个方面加以 分析 。一方面 ,酶需要少量的水以保持活性的三 脂肪酶的催化特性 脂肪酶可催化酯化 、转酯 、酯交换 、对映体拆 分等化学反应 。其按底物专一性可分为三类 : 非 专一性脂肪酶 、1 ,3 - 专一性脂肪酶 、脂肪酸专一 性脂肪酶 。脂肪酶的主要来源是微生物 、哺乳动 物 、植物 。不同来源脂肪酶可催化同一反应 ,但在 相同反应条件下 ,催化效率不同 。从已知结构的 几种脂肪酶来看1 ,分子量在 20 000～60 000 之 间 。脂肪酶作用在体系的亲水 - 疏水界面层 ,这 是区别于酯酶的一个特征2 。脂肪酶的催 化 部 1 维结构状态7 , 水可以保持催化部位的整 体 性 、 催化部位的极化 、蛋白质的稳定 。另一方面 ,水的 存在 , 限 制 了 疏 水 性 底 物 在 酶 分 子 附 近 的 溶 解 性8 ; 在酯化或水解反应中 , 水含量会影响反应 的平衡点及产物在介质中的扩散 ,过量水会导致 酶的热力学失活9 。 脂肪 酶 适 宜 的 含 水 量 ———必 需 水 随 酶 源 不 同 ,会有明显变化 。有人认为必需水为酶分子周 围的 单 分 子 层 水 , 也 有 人 认 为 是 微 量 的 嵌 入 水 位含有亲核催化三联体 ( Ser - His - Asp ) 或 ( Ser - His - Glu) 3 。催化部位被埋在分子中 ,表面被 相对疏水的氨基酸残基形成的α螺旋盖状结构覆 盖 ,对三联体催化部位起保护作用4 。界面活化 现象可提高催化部位附近的疏水性 ,导致α螺旋 再定向 ,从而暴露出催化部位2 ; 界面的存在 ,还 可以使酶形成不完全的水化层 ,这有利于疏水性 底物的脂肪族侧链折叠到酶分子表面 ,使酶催化 易于进行5 。 2 水对脂肪酶的影响 如果底物在水中溶解性很差 ,或水是反应的 分1 。Halling10 认为用水活度 (αw ) 来说明水与 反应系统中其它成分的关系 。的确 ,αw 在描述脂 肪酶催化性上比体系水含量更为有效 ,例如 , Mu2 co r miehei 脂肪酶11 的催化活性在相同 αw 的不 同溶剂中变化很小 ,而体系的水含量变化很大 。 反应介质对脂肪酶的影响 非水介质体系的出现 ,为脂肪酶催化作用提 供了更为适宜的反应条件 , 例如 , 可提高酶稳定 性 、反应速度 、产率 ,以及产物回收简便等 。当然 , 非水介质也存在一定问题 ,例如 ,溶剂的毒性 ,有 3 Ξ 收稿日期 : 1999 - 11 - 05 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( 作者简介 : 咸 漠 ( 1968～) ,男 ,硕士 ,副教授 些溶剂昂贵而不利于商业化12 。 几乎所有非水介质都涉及至少两相的存在 。 大的流体相是非极性的 ,是非极性底物或产物的 贮存库 ,这一相可以是有机流体 ( 有机混合物 、无 溶剂系统) 、气体 、超临界流体 。小的水相是极性 的 ,酶在这一相中 。 脂肪酶在有机溶剂中的催化作用已有很多报 道 。曹淑桂12 综述了有机溶剂对酶活性的影响 。 有机溶剂对脂肪酶活性影响的方式之一是溶剂夺 取酶维持活性构象的必需水 , 导致酶失去活性 。 可用溶剂的极性参数 lg P ( P 为溶剂在正辛烷和 水双相体系中的分配系数) 描述溶剂的极性和酶 活性的关系 ,其规律是 : 酶在 lg P 2 的极性溶剂 中活性较低 ,在 2 lg P 4 的溶剂中具有中等活 性 ,在 lg P 4 的溶剂中具有较高活性 。许多实验 结