超声波对酶活性的影响

超声波对酶活性的影响

西北农林科技大学 创新实验学院，陕西 杨凌 712100

[摘 要] 超声波具有机械效应、热效应和空化效应等特殊的性质。在实际中，利用超声波处理酶，可以改变酶的催化活性，在食品、化工等方面具有广泛的运用。研究发现，只有在一定范围的频率和功率的超声波，作用时间适中，才会对酶活性具有促进作用，而且不同酶对超声波具有不同的抗性，在有机溶液中可以提高其抵抗性。超声波改变酶的催化活性的机理是通过改变酶的构象，从而改变了酶分子与底物结合的程度，使酶的催化活性改变。

[关键词] 超声波；酶活性；机理；运用超声波是一种高于人听觉上限的声波，传播频率在20khz以上，也是物质介质中的一种弹性机械波。因具有机械效应、热效应和空化效应等特殊的性质，超声波已被广泛运用在医疗、金属、化学和化工等方面。近十几年来，超声波开始被运用到生命科学，其中之一就是研究超声波对酶活性的影响。根据阅读有关文献，发现研究的重点主要有两个方面：一是超声波对酶的作用机理；二是这方面的实际运用。

1 超声波对酶活性影响的机理

1.1超声波影响酶活性的因素

作为活性生物分子的酶，其活性的高低从根本上取决于酶分子构象的合理程度。超声波对酶既有激活作用，也有钝化作用，其中超声波的功率、频率、对酶的处理时间以及酶促反应的介质均会对酶的构象产生影响，因而使酶的活性改变。

1.1.1低强度超声波对酶的作用机理 一般来说较低强度的超声波对酶的活性具有促进作用，随着超声波强度的增加，不同酶的活性会不同程度的减弱。其中的原因主要有：①超声热效应是液体介质温度升高，导致酶活性下降或失活②超声空化产生的自由基：水分子降解产生氢和氢氧根。其中氢氧根作用于二硫键中的胱氨酸残基的硫原子，使二硫键断裂；氢作用于胱氨酸残基的硫原子产生R-SH，使大分子的次级构象产生变化③瞬态空化产生的冲击波或高速射流破坏了酶的分子结构甚至把酶分子剪切成小碎片而表现出酶活性下降[1]。

1.1.2 酶促反应的介质对酶的作用机理 大部分酶促反应在水溶液中进行，有些酶促反应还可以在有机溶液中进行。与水溶液相比，酶在非极性介质中对超声作用有较大的抗性。非极性介质的极性越小，疏水性越强，超声对酶的

促进作用越明显[2]

。分析原因有：在非极性介质中，酶分子的构象较紧密，刚性增强，能够抵御较为剧烈的作用，不易产生构象的变化而失活，同时，非极性介质中酶分子维持活性所需的水分子被紧密固定在酶分子的表面，仍然使酶分子保持具有较高催化活性的构象，从而起到保护酶分子的作用[3]。研究酶在不同溶剂里反应速度不同，可以提示我们体外模拟体内酶生存的环境可以提高酶的活性，探寻体外与酶有关的关键因素。

1.1.3超声对固定化酶的作用机理 再就是超声波可以提高固定化酶的反应速率，其可能的机理是，由于超声波的空化作用和机械振动作用，反应液中的底物和产物分子在超声波的驱动下，也以较高的频率振动，固定化酶与底物及反应物的的接触次数大为增加，同时产物的释放加快，从而使固定化酶的表现米氏常数减小[2,4]（Km越小，酶与底物的亲和力越大），反应速率增加。

1.1.4 超声作用时间和频率对酶的影响 对于超声波作用的时间和频率，不同的酶具有不同的性质，所以具有不同的效果，没有研究出规律性。一般情况下，超声波在短时间内可以提高酶的活性，作用时间增加，酶活性就会慢慢降低[3]。高频率的超声波同样会对酶产生钝化

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