生物酶催化在工业合成中的应用(2)

2.2 活性因子

工业化学合成中，生物酶催化过程中经常遇到的活性因子多数为金属离子（通常用过渡元素铁离子、锌离子、锰离子、钙离子等）、金属离子相连接的配体（常用的有咪唑、卟啉环、酰胺、含硫配体等）、与蛋白结合的有机小分子（通常称为辅基，如各种氨基酸、烯醇等）等。这种活性因子在反应中能够激发生物酶达到最高活性，且维持生物酶转化寿命，可能的作用机理在于：①多数生物酶分子中有固定的金属原子数目，能够形成很高的配价化合物，从而容易捕获底物，使其符合酶活性中心的立体构型；②生物酶与金属原子结合较弱，在反应过程中容易被离子半径相近、电子排布和电价相似的离子替代，从而改变了辅酶或底物与活性中心的连接；③以金属离子为生物酶活化中心的立体结构在反应过程中直接参与电子转移，起到转移原子或功能团的作用。在工业化学合成过程中，活性因子是容易忽视的因素，在工业设计前需重点进行考察。

2.3 辅酶

辅酶是一类具有特殊化学结构和功能的小分子化合物，大多数辅酶的前体主要是水溶性B 族维生素。基因工程和酶工程对生物酶的工业应用做了大量的改进，寻找最优的质粒及宿主组合是关键目标之一，但仍存在一些生物酶需要辅酶参与的反应。一般来说辅酶决定生物催化的类型，而主酶决定催化的底物类型，每一种辅酶都有特定的功能，在催化反应过程中，直接参与反应。同一种辅酶可以作为不同种主酶的辅酶，这也是辅酶重要的原因。其影响作用可能在于：①直接参与催化反应，起着电子或质子的传递体作用，或起着传递酰基形成中间产物的作用；②作为碳基团的载体，起着传递基团或中间体的作用；③作为二氧化碳等产物载体，起着传递或固定二氧化碳等产物的作用。总之辅酶作为运输载体，在工业化学合成中需要重点考虑使用量和使用比例，一般在选择主酶种类时，辅酶类型就基本确定了。

2.4 固定化

生物酶自身稳定性是酶促反应的主要指标之一，也是影响工业生产成本的重要因素之一。生物酶的种类、纯度、反应条件与是否固定化有很大的关系。常见的固定化方式多采用高分子载体和修饰剂与生物酶进行离子键吸附、交联或者采用包埋的方式。如果需要固定化，则固定化酶载体的性质和修饰剂性质对生物酶有很大的影响，虽然固定化酶技术克服了自由酶的不足，并且固定化酶可以回收及重复利用，但固定化技术依然是生物技术中比较重要的研究领域之一。固定化影响生物酶在工业化生产中的应用，主要原因在于：①载体材料形态差，机械强度不高，易磨损；②载体表面基团数目相对较少，附着载量不高；③化学稳定性不好，具有一定的自身毒副作用；④影响生物酶活性中心，最适温度、pH、浓度等条件发生了改变。这在工业化中具有重要的意义，在工业设计前必须通过大量的验证。

3.结语

生物酶催化技术的发展对精细化工和制药行业起到了巨大的推动作用，生物酶催化技术的成功运用，改变了原有合成工艺，发挥了生物技术特有的高选择性和环境友好的优势，突破了传统工艺路线的能耗壁垒，有效地降低了生产成本，从而获得了更具优势的产品，其商业化应用前景广阔，是未来可持续发展的必然路径。继续深入研究影响生物酶催化活性的因素，特别是尚未被引起足够重视的反应介质、活性因子、辅酶、固定化4 个方面，对开发符合工业需求的新型生物酶具有非常重要的工业指导意义，生物酶催化技术作为未来友好型化学发展的方向之一，在各行业的应用必将推动工业技术的进一步发展。

文章来源：《合成纤维》 网址: http://www.hcqwzz.cn/qikandaodu/2021/0506/570.html