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酶改性技术研究进展 郭 勇 华南理工大学生物科学与工程学院 随着工业生物技术浪潮的兴起，酶的生产及其在工业领域的应用方兴未艾，由 于酶具有的稳定性较差、活力不够高等弱点，通过各种方法生产得到的天然酶已 经难于适应人们的需求，必须进行改性，以满足人们的要求。 酶的改性(enzymeimproving)是指通过各种方法对酶的催化特性进行改进的 技术过程。 酶的改性技术主要有酶固定化(enzyme molecule in modification)、酶的非水相催化(enzyme catalysisnon．aquaqousphase) 和酶的定向进化等。 ～， 酶固定化技术： 固定化酶(immobilized enzyme)是指固定在载体上在一定的空间范围内进行 催化反应的酶。 炭上制成水不溶性状态的固定化酶后，仍然显示出催化活性。 从20世纪50年代开始，固定化酶(immobilizedenzyme)的研究迅速发展，1953 然后将淀粉酶、胃蛋白酶、羧肽酶、和核糖核酸酶等与上述载体结合，制成多种 固定化酶。到了20世纪60年代，固定化技术不断完善，1969年，千烟一郎首次在 工业上应用固定化氨基酰化酶进行DL．氨基酸拆分而生产L一氨基酸。 固定化酶具有提高稳定性，可以反复使用或连续使用较长的一段时间，易于与 产物分离等显著特点。现在已经有多种固定化酶用于大规模工业化生产，例如， 利用固定化葡萄糖异构酶由葡萄糖生产果葡糖浆，利用固定化青霉素酰化酶生产 半合成青霉素或头孢菌素，利用固定化延胡索酸酶催化反丁烯二酸生成L．苹果酸， 利用固定化13．半乳糖苷酶生产低乳糖奶，利用天门冬氨酸一B一脱羧酶由天门冬氨 酸生产L．丙氨酸等。 二．酶分子修饰技术： molecule 酶分子修饰(enzyme 发生某些改变，从而改变酶的某些特性和功能的技术过程。 酶分子的特定结构决定了酶的性质和催化功能，酶分子结构的改变，就可能引 起酶的性质和催化功能的改变。20世纪80年代以来，酶分子修饰技术发展很快， 修饰方法主要有：酶分子主链修饰，酶分子侧链基团修饰，酶分子组成单位置换 修饰，酶分子中金属离子置换修饰和物理修饰等。 通过酶分子修饰，可以提高酶活力，增加酶的稳定性，消除或降低酶的抗原性 等。酶分子修饰技术已经成为酶工程中具有重要意义和广阔应用前景的研究、开 发领域。20世纪80年代中期发展起来的蛋白质工程，把酶分子修饰与基因工程技 mutation)技术，可以对酶分子的氨 术结合在一起，通过基因定位突变(directed 基酸或核苷酸进行置换修饰，并把酶分子修饰后的信息储存于DNA之中，经过基 因克隆和表达，就可以通过生物合成的方法不断获得具有新的特性和功能的酶， 12 使酶工程展现出更广阔的前景。 三．酶的非水相催化技术： 酶在非水介质(有机溶剂介质、气体介质、超临界流体介质、离子液介质等) in 中进行催化反应的技术过程称为酶的非水相催化(enzymecatalysisnon-aquaous phase)。 明脂肪酶在有机介质中不但具有催化活性，而且热稳定性有显著提高。酶在非水 相中进行催化反应的研究成功，改变了酶只能在水溶液中进行催化的传统观念。 此后．酶的非水相催化研究迅速发展。与水溶液中酶的催化相比，酶在非水介质 中的催化具有提高非极性底物或产物的溶解度、进行在水溶液中无法进行的合成 反应、减少产物对酶的反馈抑制作用、提高手性化合物不对称反应的底物选择性、 基团选择性、区域选择性、对映体选择性等显著特点。 酶的非水相催化在手性药物的拆分，发光高分子聚合物、导电高分子聚合物的 生产、生物柴油的研制等方面显示出良好的应用前景。