一 在有机溶剂中进行酶催化反应必须遵循的原则

  1. 关于溶剂的选择 众所周知，水对于酶的催化作用是绝对需要的，因为在水溶液中，水分子直接或间接地通过氢键、疏水键及范德华力等非共价键相互作用来维持酶的催化活性所必需的构象，因此，如果完全除去水将会导致酶构象的剧烈变化而失活。问题不在于是否需要水，而在于维持酶的活性需要多少水？研究表明：只有与酶分子紧密结合的一层左右的水分子对酶的催化活性才是至关重要的，如果这层“必需水”能以某种方式局限并保持在酶的表面，那么，其余部分的水被有机溶剂取代而不损害酶的活性是完全可能的。

在不同性质的有机溶剂中进行了实验。结果表明：溶剂的性质是关键。在有机溶剂中，疏水性溶剂是最好的反应介质。例如，胰凝乳蛋白

① 刊于 1992 年第 7 卷第 4 期第 17 页

酶的活性随溶剂的疏水性减弱而明显下降，溶剂的疏水性顺序为：辛烷

＞甲苯＞四氢呋喃＞丙酮＞吡啶。胰凝乳蛋白酶在辛烷中反应速度比在吡啶中快 104 倍。酶催化反应难以在亲水性有机溶剂中进行，是因为亲水性溶剂能从胰凝乳蛋白酶分子上夺去维持酶活性的必需水，从而降低了酶的活性。测定反应后与酶结合的水的含量结果表明：胰凝乳蛋白酶在辛烷与甲苯中分别为 2.5％与 2.3%，而在亲水性丙酮中只含有 1.2％。如果在丙酮中加入 1.5%水，由于补充了被剥夺的“必需水”，与酶结合的水含量从 1.2%升至 2.4％，酶的活性随之提高 1000 倍，其活性相当于辛烷中活性的三分之二。脂肪酶对于溶剂性质的敏感性取决于不同的来源。水分子与猪胰脂肪酶结合得非常牢，以致于亲水性溶剂很难将它的结合水夺走；而“必需水”与酵母脂肪酶结合得非常松，它很容易进入到与水混溶的溶剂中而使酶的活性大大下降。以上结果说明了有机溶剂与酶的结合水之间的相互作用比溶剂与酶分子本身的相互作用更为重要。

  1. 最适 pH 的选择 在有机溶剂中进行酶催化反应与在水介质中一样强烈地依赖于酶分子周围这层“必需水”的 pH。因为酶分子活性中心周围的离子基因需要在特定的pH 条件下才能取得酶催化反应所需的最佳离子状态。实验结果表明：在有机溶剂中，“必需水”的最适 pH 值与在水溶液中反应时的最适 pH 值是一致的。因此，酶在有机溶剂中反应前， 需先溶于最适 pH 的水溶液中，然后用丙酮进行沉淀或冷冻干燥，这样获得的酶就“记住”了暴露在最后水溶液中的 pH，这时酶的离子基团获得了相应于水溶液 pH 的离子状态，此状态将被保持在冻干状态或有机溶剂中。

  2. 与底物充分接触 由于酶在有机溶剂中几乎不溶，为了使底物充分地与酶接触，可在反应时进行剧烈地搅拌，或在使用前，用超声波将酶的颗粒变小。有时还可以将酶从适当的缓冲液中沉淀于玻璃粉上，以增加其与底物接触反应的机会。