海狸磁珠固定化腈水解酶及其催化水解1-氰基-环己基乙腈的研究(2)
5. 总结与展望 19
致谢 20
参考文献 21
1. 研究背景
1.1 腈水解酶简介
腈水解酶是一类重要的水解酶, 相对于传统的有机化学合成方法的苛刻条件，它能够在相对温和的条件下催化腈类化合物生成相对应的羧酸或者酰胺类物质[1]。
Thiman和Mahadevan最早在1964年的时候从大麦叶中分离出来腈水解酶,将吲哚乙腈水解为吲哚乙酸,所以命名为吲哚乙腈水解酶。但是在后来的研究中发现,这种酶对26种腈化合物具有活性,它水解3-氰基吡啶的活力是吲哚乙腈的8倍，所以它被命名为腈水解酶[2]。
腈水解酶催化作用机制尚未完全研宄清楚,根据该酶结构特点,可推测其水解过程应该分为两个阶段。腈水解酶催化活力中心三联体cys-glu-lys中,cys残基上的琉基具有很强的亲核性,使其对腈类化合物的水解过程与一般的化学反应中碱催化下的氰基水解类似。首先酶作为亲核试剂攻击氰基碳,与之形成复合物,释放氨,随之水作为亲核试剂攻击复合物生成相应幾酸[3]。生物催化具有重要的应用前景，如用生物催化台成和制备许多光学纯的医药、农药中间体和其它一些复杂功能化合物[4]。
1.2 生物催化
生物催化又称为生物转化,是指利用酶或是细胞作为催化剂来完成化学反应的过程。生物催化与一般的化学方法相比，它最显著的特点就是有结构部位专一性、化学反应特异性和立体选择性。另外，生物催化还具有催化效率高，反应条件温和等特点。另一方面，生物催化反应也存在对有机溶剂、温度和pH不稳定及对底物或产物抑制敏感等缺点[5]。
生物催化由于其能提供温和的反应条件(pH和温度),可降解的催化剂、环境友好的试剂、高的活性以及特异的选择性而引起了人们越来越多的关注。此外,酶的使用排除了特殊功能基团在化学反应中的保护和激活,使合成路径更短,更少的浪费[1]。
随着当代生物技术的不断发展，许多新技术不断引入到生物合成和生物转化中：建立和发展各种新颖的生物催化反应，特别是具有独特催化性能的催化反应，并拓宽其在有机合成中的应用[6]；生物转化反应研究已从过去使用纯制和粗制的天然酶进入到更经济和更方便的各种细胞催化系统[7]；从简单有机分子的反应到复杂化合物的生物转化反应，如立体专一性生物转化反应构建复杂分子中的手性单元[8]；为了酶在有机相中应用，建立了各种非水相生物催化反应体系[9]；结合酶的空间结构和底物立体结构的关系，进行酶的选择性定向调控[10]。
1.3固定化
固定化细胞被定义为细胞的在一定的空间范围进行生命活动，保留了它的催化活性，它可以被反复持续的使用。这个定义的应用不仅仅是对于细胞，还有单酶、多酶结合体系以及细胞器，被包括在各种生物催化中。通过固定化整个微生物细胞以及/或者消除细胞器能够经常减少细胞中酶的分离和纯化的时间消耗和步骤。固定化还能通过保持固定化以及之后步骤的自然催化环境提高酶的稳定性。细胞固定化在生物转化，危险材料的降解以及材料生产中已经被使用[11]。
固定化酶，曾用名为水不溶酶、固相酶和固着酶等名称，此名称是在 1971 年第一届国际酶工程会议上被提议确认，而酶的固定化是利用物理或化学手法将游离的酶固定在于限定的空间区域并使其保持活性和且可反复使用的一种基本技术。研究表明，酶在被固定化后性质更家稳定，且容易和产物分离，这使得固定化酶许多广泛的应用[12]。传统的酶固定化方法有4种：吸附法、包埋法、共价结合法、交联法等[12]。
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