酶催化与酶催化剂

    酶催化与酶催化剂 : 酶是一类由生物体产生 的具有高效和专一催化功能的蛋白质,是一 种天然催化剂,具有生物活性和高选择性。在 生物体内,酶参与催化几乎所有的物质转移 过程,与生命活动有密切关系。在生物体外, 作为催化剂进行工业生产,在温和条件下 (室温、常压、中性),有很高的催化效率,为 一般非生物催化剂的10⁹～10¹²倍。酶催化剂 的选择性(包括立体化学结构上的选择性)极 高,一种酶通常只能催化一种或一类反应,而 且只能催化一种或一类反应物(称为底物)的 转化。酶催化的缺点是稳定性差,受热、受某 些化学物质及杀菌的破坏易失活,对反应时 的温度和pH范围要求较严格。
已知的酶约3000种。纯化成为均一态的 有几百种,已经对50多种酶的物理和化学性 质进行了充分的表征。酶大致可以分为六大 类: 氧化还原酶、转移酶、水解酶、解合酶、 异构酶和合成酶。酶的命名通式为“××底物 +××反应类型酶”。如使葡萄糖氧化成葡萄 糖酸的酶称为葡萄糖氧化酶。
欲充分发挥酶催化作用,要加入辅因子 或辅酶这两种助催化剂。辅因子构成部分活 性位,被作用物每次转化后,它就再生。辅因 子的典型例子是金属离子。辅酶是在酶存在 下与被作用物结合形成的一种新的化合物。 辅酶不被消耗掉,而是通过其他酶催化被再 生,这些反应是利用辅酶产物作为它们的反 应物。
大部分酶都溶于水,为了把酶制成象普 通无机催化剂那样能够被重复使用的形态, 开发了把酶与不溶于水的载体结合到一起的 方法,即酶的固定化。酶的固定化是酶分子的 定域化工艺,使其可以在连续催化过程中 使用。
1916年,Nelson和Criffih进行了固定化 酶的尝试。1969年,日本千烟等首先固定了氨 基酰化酶,并将其成功地用于生产。
在工业生产中,主要从微生物发酵获得 酶。提取的方法是将细胞破碎,取得含酶的浆 液; 胞外酶则直接从发酵液中提取,如用层 析法、分级沉淀法等。对于不同的用途,有不 同的纯度要求,在市场中可获得某些粉状或 浓缩液状态的酶制剂商品。
酶的固定化方法有: ①不溶性载体与酶 之间至少形成一个共价键的共价键法; ②酶 与酶之间形成两个或两个以上共价键,变成 不溶性物质的交联键法; ③利用静电等物理 作用把酶固定在载体上的吸附法; ④用物理 方法将酶包含在高分子基体或胶囊中的包含 法或微囊法; ⑤将上述方法组合起来的复合 法等。
酶已广泛用于食品、医药等的生产。目前 在环境保护中也用生物催化处理废水。酶催 化在化学工业中也已有许多应用,如发酵法 制丙酮、甘油、丁醇、1,2-丁二醇等都已大 规模进行工业化生产。固定化酶的应用正在 扩展到化学工程、发酵、分析、医疗、能源 的生产与变换、净化环境等广泛领域。近年 来,遗传工程(分子育种)技术发展很快,固 定化微生物与利用遗传技术改良的微生物相 结合,有可能成为生物技术的主要内容。