固定化酶微膠束與微乳液體系
化學(xué)先生 / 2019-08-05
微水有機(jī)溶劑體系可以通過改變熱力學(xué)平衡，提高酶催化反應(yīng)的產(chǎn)物收率，也有利于酶與產(chǎn)物的分離，但會(huì)引起酶活性的下降。
因?yàn)槊甘堑鞍踪|(zhì)，在生物體系中的反應(yīng)介質(zhì)不是微水有機(jī)相，而是由生物大分子和水組成的復(fù)雜生物有機(jī)水環(huán)境。20世紀(jì)70年代初開始，人們?cè)噲D用微膠束(micell) 來模擬酶在生物體系中的反應(yīng)介質(zhì)，以提高酶在微水有機(jī)介質(zhì)中的催化活性。
微膠束是將表面活性利加人到水溶液中形成的。當(dāng)表面活性劑的濃度超過臨界膠束濃度(eritical micelle concentration, CMC)時(shí)，由于靜電排斥作用，表面活性劑分子中的親水離子“頭”會(huì)朝外取向，而疏水的長鏈烴“尾”向內(nèi)集聚，自發(fā)地形成球、柱或片狀的微膠束。把一定濃度的表面活性劑加入到微水有機(jī)溶劑中，則會(huì)改變這種取向，使親水的離子頭向內(nèi)，而疏水的烴基尾向外，將含有酶的直徑為1~ 20nm的水珠包圍起來，在有機(jī)相中形成反相微膠束或微乳液，恰似一個(gè)個(gè)微型的酶催化“反應(yīng)器”。
這種微型反應(yīng)器可以小到只包含一個(gè)酶分子，有機(jī)相中的反應(yīng)底物能夠穿過微膠束和酶接觸，在微水環(huán)境中進(jìn)行反應(yīng)，形成的產(chǎn)物再穿過微膠束擴(kuò)散到有機(jī)相。從微觀上看，在微膠束體系中的酶催化反應(yīng)是一個(gè)有序過程，盡管不能準(zhǔn)確模擬酶在生物體系中所處的微環(huán)境，但在反應(yīng)中可以防止有機(jī)溶劑和酶直接接觸“爭(zhēng)奪”微量水，從而保護(hù)酶分子在水相中具有足夠的柔性，防止酶的活性下降。
此外，在臨界膠束濃度下，體系的光、電物理化學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變，可以根據(jù)酶和反應(yīng)的差別，選擇不同種類的有機(jī)溶劑和表面活性劑，構(gòu)建微水有機(jī)溶劑膠束體系，便于采用各種現(xiàn)代物理方法研究酶催化的反應(yīng)機(jī)理。臨界膠束濃度(CMC) 一般在0.001~0.02mol/L,和表面活性劑的種類有關(guān)。
由于微膠束和微乳液是自發(fā)形成的，在熱力學(xué)上很穩(wěn)定，可以使酶基本保持在水溶液中的活性和穩(wěn)定性。微膠束和微乳液體系中的酶催化反應(yīng)不需要攪拌，酶催化活性除受溫度和濃度梯度等熱力學(xué)參數(shù)影響外，由于表面活性劑是帶電的，也會(huì)產(chǎn)生分隔效應(yīng)使體系的pH發(fā)生改變。水與表面活性劑的分子比是形成微膠束或微乳液的重要參數(shù)，有人認(rèn)為當(dāng)表面活性劑的濃度較高時(shí)形成微膠束，較低時(shí)形成微乳液;也有人認(rèn)為，只要表面活性劑在水中的濃度超過臨界膠束濃度，在疏水有機(jī)溶劑中形成微膠束還是微乳液，不存在明顯界限。
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