理论教育 固定化酶的性质与表征:食品酶学与酶工程原理

固定化酶的性质与表征:食品酶学与酶工程原理

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:游离酶经过固定化后,其自身构象发生一定的变化,活性中心所处的微环境有所改变,从而导致酶的一系列性质发生变化。固定化酶酶活力下降的可能原因主要有以下几点。反之,带正电荷的载体固定化酶的最适pH向酸性偏移。经固定化后,固定化酶的热稳定性普遍得到提高,从而使得大多数固定化酶最适温度随之提高。而当固定化载体与底物电荷相同时,就会造成固定化酶的表观Km显著增加。

固定化酶的性质与表征:食品酶学与酶工程原理

游离酶经过固定化后,其自身构象发生一定的变化,活性中心所处的微环境有所改变,从而导致酶的一系列性质发生变化。下面列举了固定化酶一些性质的变化。

1.固定化后酶活力的变化

与游离酶相比,固定化酶酶活力通常会降低。固定化酶酶活力下降的可能原因主要有以下几点。

(1)载体性质与微环境 微环境是紧邻固定化酶的环境区域(图8-5)。微环境的影响是由于载体的亲水与疏水性质和介质的介电常数等直接影响酶的催化效率,通常可以通过改变载体和介质的性质做出判断和调节。

图8-5 固定化酶的微环境与宏观环境

(2)构象改变和屏蔽效应(图8-6)构象改变是指酶在固定化的过程中,由于酶与载体相互作用使酶的活性中心或变构中心的构象发生变化,从而导致酶活性下降;立体屏蔽效应是指由于载体对酶的活性中心或变构中心造成空间位阻,因而底物或效应物与酶无法接触,从而影响酶的活性。

图8-6 固定化酶的结构变化模拟图

不过,也有少数酶在固定后体现出来较高的活性,原因是偶联过程中酶得到化学修饰或固定化提高了酶的稳定性。此外,也要认识到固定化对酶活力的影响十分复杂,常因酶的种类、固定化载体材料特性、反应系统的组成不同而不同。

2.固定化对酶最适pH的影响

酶的最适pH及pH活性曲线在固定化前后可能会发生改变。酶由蛋白质组成,其催化能力对外部环境特别是pH非常敏感。酶固定化后,对底物作用的最适pH和酶活力-pH曲线常常会发生偏移。曲线偏移的原因是微环境表面电荷性质对酶活力产生影响。一般说来,用带负电荷载体(阴离子聚合物)制备的固定化酶,其最适pH较游离酶偏高,是因为多聚阴离子载体会吸引溶液中的阳离子(包括H+),使其附着于载体表面,结果使固定化酶散层中的H+浓度比周围的外部溶液高,即偏酸,这样外部溶液中的pH必须向碱性偏移才能抵消环境作用,使酶表现出最大的活力。反之,带正电荷的载体固定化酶的最适pH向酸性偏移。(www.daowen.com)

3.固定化对酶稳定性的影响

固定化酶的稳定性包括热稳定性、pH稳定性、有机溶剂稳定性、操作稳定性以及储存稳定性等。因为将酶固定于载体表面后,空间结构更加牢固,所以酶固定化以后,通常其稳定性会有所提高。普遍认为固定化酶稳定性提高的原因有:固定化后,酶分子与载体多点连接防止酶分子伸展变形,增强了酶构象的牢固性,一定程度上防止了不利因素的侵袭;将酶与固体载体结合后,导致酶分子失去相互作用的机会,从而抑制其降解。但是,也有少数酶分子在固定化过程中其活性中心受到影响,导致酶分子稳定性下降。

4.固定化对酶最适温度的影响

酶催化的最适温度与酶的热稳定性和反应速度密切相关。经固定化后,固定化酶的热稳定性普遍得到提高,从而使得大多数固定化酶最适温度随之提高。

5.底物特异性的变化

经固定化后,固定化酶存在空间位阻,导致其特异性发生变化,对于某些大分子的底物可能不再发生作用。酶的固定化对酶活性和酶反应体系的影响是极其复杂的,根据酶的种类和反应系统的组成不同而不同。

6.酶的动力学特征

固定化酶的表观米氏常数Km随载体的带电性能变化而变化。带电荷的固定化载体与底物之间的静电作用会引起底物分子在扩散层和整个溶液之间的分布不均一。由于静电作用,与载体电荷性质相反的底物在固定化酶微环境中的浓度比整体溶液的高,与游离酶相比,这种固定化在溶液的底物浓度较低时,也可达到最大反应速度,即固定化酶的表观Km低于溶液的Km。而当固定化载体与底物电荷相同时,就会造成固定化酶的表观Km显著增加。简单说,由于高级结构变化及载体影响引起酶与底物的亲和力变化,从而引起Km变化。这种Km变化同时受到溶液中离子强度大小的影响,离子强度升高,载体周围的静电梯度会逐渐减小,Km变化逐渐缩小以致消失。例如,在低离子浓度条件下,多聚阴离子衍生物胰蛋白酶复合物对苯甲酸乙酯的Km比游离酶小96.8%。但在高离子浓度下,接近游离酶的Km。当酶与电中性载体结合时,由于扩散限制作用可造成酶的表观Km上升。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈