超声波和超临界流体对酶活性的影响

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文章编号：１００９－０００２（２００７）０２－０３６０－０３

ＬＥＴＴＥＲＳＩＮＢＩＯＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．１８Ｎｏ．２Ｍａｒ．，２００７

生物技术通讯

综述

超声波和超临界流体对酶活性的影响

黎春怡，黄卓烈，张东方，巫光宏，初志战，詹福建

华南农业大学生命科学学院，广东广州５１０６４２［摘要］

酶是生物催化剂，具有一般催化剂所没有的独特优点，但由于容易失活而限制了其在工业上的应用。超声波是一

种物理能量形式，在一定的条件下可与酶协同作用促进反应。超临界流体作为良好的非水反应溶剂，在生物工程中有着广泛的应用前景。简要介绍了超声波、超临界流体对酶活性的各种影响因素、作用机理及研究进展。［关键词］

超声波；超临界流体；酶活性

［中图分类号］

Ｑ５５［文献标识码］Ａ

ＥｆｆｅｃｔｏｆＵｌｔｒａｓｏｕｎｄａｎｄＳｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＦｌｕｉｄｏｎＥｎｚｙｍｅＡｃｔｉｖｉｔｙ

ＬＩＣｈｕｎ－ｙｉ，ＨＵＡＮＧＺｈｕｏ－ｌｉｅ，ＺＨＡＮＧＤｏｎｇ－ｆａｎｇ，ＷＵＧｕａｎｇ－ｈｏｎｇ，ＣＨＵＺｈｉ－ｚｈａｎ，ＺＨＡＮＦｕ－ｊｉａｎ

ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４２，Ｃｈｉｎａ

［Ａｂｓｔｒａｃｔ］

Ｅｎｚｙｍｅｓａｒｅｌｉｍｉｔｅｄｉｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｙｃａｎｂｅｉｎａｃｔｉｖａｔｅｄｅａｓｉｌｙ．Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄｉｓｐｈｙｓｉｃａｌ

ｅｎｅｒｇｙａｎｄｃａｎｃｏ－ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｒｅａｃｔｉｏｎｓｗｉｔｈｅｎｚｙｍｅｓｉｎｓｏｍｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｆｌｕｉｄｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄｗｉｄｅｌｙｉｎｂｉｏ－ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｓａｐｅｒｆｅｃｔｎｏｎａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｖｅｎｔ．

［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］

Ｖａｒｉｏｕｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｏｆｕｌｔｒａｓｏｕｎｄａｎｄｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｆｌｕｉｄｏｎｅｎｚｙｍｅａｃ－

ｔｉｖｉｔｙ，ａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．

ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ^ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｆｌｕｉｄ^ｅｎｚｙｍｅａｃｔｉｖｉｔｙ

产量。用超声波处理有机溶剂中碱性蛋白酶催化Ｎ－乙酰－苯丙氨酸乙酯的转酯反应，发现超声波可增强该酶的活性，其结果与超声波的作用频率和强度有关［２］。用微超声波处理酵母过氧化氢酶（ＣＡＴ）和多酚氧化酶（ＰＰＯ）［３］，结果表明，在一定参数范围内

酶是一种生物催化剂，来自细胞。随着生物工程的发展，酶催化反应越来越受到人们的重视。然而，由于在细胞外酶的活性降低及其不稳定性，极大地限制了其在工业上的应用。究其原因，主要是酶在提取和纯化过程中结构的改变。研究表明，酶活性的表现在很大程度上依赖于其分子构象，构象起了变化，活性或功能也随之而变。因此人们深入地探讨酶促反应动力学及影响酶促反应的因素，并通过对酶分子进行改性或改变酶反应的外部环境以提高酶在体外的活性及稳定性。近年来有人将超声波场的能量应用于酶，以及将酶置于超临界状态下以改善其催化动力学。我们就超声波以及超临界流体对酶活性的影响做简要的综合评述。

ＣＡＴ和ＰＰＯ的活性都升高。对ＣＡＴ来说，其最适当的超声波参

处理１０ｍｉｎ；对ＰＰＯ来说，其最适当数是１３．５ｋＨｚ、４０Ｗ／ｃｍ２、参数是１３．５ｋＨｚ、处理１０ｍｉｎ。此外还有不少研究表２５Ｗ／ｃｍ２、明，超声波对于固定化酶的影响是很大的。对固定化菊糖酶的研究表明，２０ｋＨｚ、２０Ｗ超声波可促进该酶的催化作用，以蔗糖为底物时酶活性提高了６０％；在以菊糖为底物的反应中，超声波使水解效率提高了７０％［４］。

１．２超声波影响酶活性的机理

以上种种研究表明，适宜的超声波作用于酶时，可以在一定

１超声波对酶的作用

超声波是一种弹性机械波，作为一种物理能量形式，超声波

程度上改变酶的活性。Ｖｕｌｆｓｏｎ［２］认为超声波对酶的影响主要取决于超声波的波长（频率）、反应介质中的水含量及介质的疏水性。由于超声波强大的辐射和热能可以改变生物大分子（如ＤＮＡ和蛋白质）的结构，往往会导致某些敏感的胞外酶活性的损失。而在低强度及适宜的频率条件下，因其具有的空穴作用、磁致伸缩作用和机械振荡作用，又表现出对溶液化学反应、结晶成核的促进功能及对酶催化的协同加速作用。超声波在介质中传播时，加速了介质中的质量传递作用，这种微流效应促进底物迅速进入酶的催化部位及产物进入介质，表现出酶催化活性的提高。超声

对于酶活性的影响是多方面的。在不同的条件下，超声波对酶反应的影响结果有很大的不同，甚至完全相反。

１．１超声波对酶活性的影响

早期研究发现，较高强度的超声波会导致酶失活。新西兰白

兔脑组织匀浆中的超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）经超声波处理后活性下降，过氧化脂质大幅度升高，而Ｋ－ＮａＡＴＰ酶及Ｃａ－ＭｇＡＴＰ酶活性也大幅度下降［１］。枯草杆菌蛋白酶在５０ｍｍｏｌ／Ｌ、ｐＨ７．８的磷酸缓冲液中，以波长２～１０μｍ、功率１５０Ｗ的超声波处理２

ｈ，酶活性下降了５０％［２］。

然而近年来的研究则表明，适当的超声波处理不但不会使酶失活，反而可促进酶的生物催化活性，并可在酶生产中提高酶

［收稿日期］

［基金项目］［作者简介］［通讯作者］

２００６－０８－０９

国家自然科学基金项目（１００７４０１６）黎春怡（１９７３－），女，硕士

黄卓烈，（Ｅ－ｍａｉｌ）ｚｈｕｏｌｉｅｈ＠ｓｃａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ

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