理论教育 生物催化反应与转化原理

生物催化反应与转化原理

时间:2023-11-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:反相胶束体系中酶催化反应的微型反应器有可能成为生物催化反应的通用介质。反相胶束体系是表面活性剂与少量水存在的有机溶剂体系。在反相胶束体系中,W0是个重要参数,水含量少的聚集体通常被称为反相胶束,水含量多的聚集体则成为微乳状液。反相胶束体系作为反应介质具有以下优点:①组成的灵活性。大量不同类型的表面活性剂、有机溶剂甚至是不同极性的物质都可以用于构建适宜于酶反应的反相胶束体系。

生物催化反应与转化原理

介质工程研究经历了从水相到有机溶剂和反相胶束(reverse micelle)的过程。在水-有机溶剂两相体系和微水有机溶剂单相体系中,酶的催化活性不高。由于反相胶束体系能够较好地模拟酶的天然状态,因而在反相胶束体系中,大多数酶能够保持催化活性稳定性,甚至表现出“超活性”(super activity)。自1984年Wells发现磷脂酶A2卵磷脂-乙醚-水反相胶束体系中具有催化卵磷脂水解活性以来,国内外兴起了反胶束酶学的研究和应用,由此产生了一个新的研究领域——胶束酶学(micellar enzymology)。反相胶束体系中酶催化反应的微型反应器(microreactor)有可能成为生物催化反应的通用介质。

反相胶束体系是表面活性剂与少量水存在的有机溶剂体系。表面活性剂分子是由疏水性尾部和亲水性头部两部分组成,在含水有机溶剂中,它们的疏水性基团与有机溶剂接触,而亲水性头部形成极性内核,从而组成一个反相胶束,水分子聚集在反相胶束内核中形成“小水池”,里面容纳了酶分子,这样酶被限制在含水的微环境中,而底物和产物可以自由进出胶束。表面活性剂可以是阳离子型、阴离子型或非离子型,常用AOT(AerosolOT,sodium diethylhexyl sulphosuccinate)、Tween等。在反相胶束体系中,W0(水与表面活性剂的摩尔比)是个重要参数,水含量少(W0<15)的聚集体通常被称为反相胶束,水含量多(W0>15)的聚集体则成为微乳状液。

反相胶束体系作为反应介质具有以下优点:①组成的灵活性。大量不同类型的表面活性剂、有机溶剂甚至是不同极性的物质都可以用于构建适宜于酶反应的反相胶束体系。②热力学稳定性和光学透明性。反相胶束是自发形成的,因而不需要机械混合,有利于规模化。反相胶束的光学透明性允许采用UV、NMR、弛豫技术、量热法等方法跟踪反应过程,研究酶的动力学和反应机理。③反相胶束有非常高的界面积/体积比,远高于有机溶剂-水两相体系,使底物和产物的相转移变得极为有利。④反相胶束的相特性随温度而变化,这一特性可以简化产物和酶的分离纯化。例如马肝醇脱氢酶在AOT或C12F5反相胶束体系中催化4-甲基环己酮还原生成4-甲基环己醇,反应后通过温度诱导可使产物回收到有机相中,而酶、辅酶在水相中,并可多次循环反复使用,每一次循环酶活性损失很小。(www.daowen.com)

反相胶束中的酶催化反应可用于辅酶再生、消旋体拆分、肽和氨基酸合成和高分子材料合成。色氨酸合成可采用色氨酸酶催化吲哚和丝氨酸缩合而成,由于吲哚在水中溶解度很低、且对酶有抑制作用。Eggers运用Bri j-Alig uat 336-环己醇为反相胶束体系,建立了膜反应器中反相胶束酶法合成色氨酸的生产工艺。

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