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生物酶的作用机理及其应用

　　[摘 要]：生物酶经过科学家一个多世纪的研究，通常认为已知的酶达3000多种。生物酶是具有活性和专一性的生物催化剂，它本身也是蛋白质，可被生物降解，酶催化作用的条件相当温和，所以，从环保和节能方面来说，它是极具潜力的催化剂。

　　[关键词]：酶；生物酶；作用机理；保鲜；应用
　　中图分类号：Q55文献标识码：A文章编号：1002-6908(2007)0610008-01

　　生物酶是一种具有重量活性的蛋白质，普遍存在于生物体内，它具有催化生物化学反应速度的功能，凡与生命活动相关的生物化学反应无不需要酶的催化。酶具有专一性和可逆性的特性，即某种酶只能催化特定的化学反应，而生物化学反应在不同条件下可以逆转进行，但也有少数化学反应过程是不可逆的，酶在这些生化反应中具有关键性的作用。

　　l生物酶的特性

　　生物酶是具有催化功能的蛋白质。象其他蛋白质一样，酶分子由氨基酸长链组成。其中一部分链成螺旋状，一部分成折叠的薄片结构，而这两部分由不折叠的氨基酸链连接起来，而使整个酶分子成为特定的三维结构。生物酶是从生物体中产生的，它具有特殊的催化功能，其特性如下：
　　⑴ 专一性：一种酶只能催化一类物质的化学反应，即酶是仅能促进特定化合物、特定化学键、特定化学变化的催化剂。
　　⑵低反应条件：酶催化反应不象一般催化剂需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈条件，而可在较温和的常温、常压下进行。
　　⑶高效性：用酶作催化剂，酶的催化效率是一般无机催化剂的103 106倍。
　　⑷易变性失活：在受到紫外线、热、射线、表面活性剂、金属盐、强酸、强碱及其它化学试剂如氧化剂、还原剂等因素影响时，酶蛋白的二级、三级结构有所改变。所以在大生产时，如有条件酶还可以回收利用。
　　⑸ 可降低生化反应的反应活化能：酶作为一种催化剂，能提高化学反应的速率，主要原因是降低了反应的活化能，使反应更易进行。而且酶在反应前后理论上是不被消耗的，所以还可回收利用。

　　2生物酶的作用机理

　　酶蛋白与其它蛋白质的不同之处在于酶都具有活性中心。酶可分为四级结构：一级结构是氨基酸的排列顺序；二级结构是肽链的平面空间构象；三级结构是肽链的立体空间构象；四级结构是肽链以非共价键相互结合成为完整的蛋白质分子。真正起决定作用的是酶的一级结构，它的改变将改变酶的性质(失活或变性)。酶的作用机理比较被认同的是Koshland的"诱导契合"学说，其主要内容是：当底物结合到酶的活性部位时，酶的构象有一个改变。催化基团的正确定向对于催化作用是必要的。底物诱导酶蛋白构象的变化，导致催化基团的正确定位与底物结合到酶的活性部位上去。

　　3生物酶的应用

　　3.1应用于染整工业
　　生物酶应用于染整工业最早是从织物退浆开始的。用淀粉酶催化水解织物上的淀粉浆料已经有多年历史，目前仍然是去除织物上的淀粉浆料的主要方法。应用于棉织物精练加工的生物酶主要是果胶酶、脂肪酶和纤维素酶等。用果胶酶可以去除棉纤维表面的果胶物质，但单独使用果胶酶，很难达到理想的精练效果。一般添加合适的表面活性剂一非离子型表面活性剂，帮助酶向微生物孑L和裂缝中渗透，并使它们在有利于发挥催化作用的位置上排列。另可加入纤维素酶，可大大提高生物精练的效果。用纤维素酶去除粗毛中的草刺等纤维素杂质，可避免羊毛纤维的损伤。蛋白水解酶用于蚕丝精练比淀粉酶退浆更早地被研究和利用。丝胶是一种易溶于温水和碱水的物质，易受到酶的作用，是由于酶的作用并不损伤蚕丝本身，所以酶练时没有皂碱法精练时因残留的肥皂所产生的麻烦。
　　3.2生物酶应用于食物保鲜技术
　　酶是一种有高度催化活性的生物催化剂，它能大大降低反应的活化能。活化能越小，温度对反应速度常数的影响也就越小，所以许多由酶催化的反应在比较低的温度下，仍然能够以一定的速度进行。这也是农产品贮藏过程中许多酶促反应会发生的重要原因。
　　生物酶用于保鲜是一种全新的保鲜技术。生物酶的保鲜原理是借助于某些酶对食品中的酶进行抑制，以降低食品中酶的活性。具体就是利用"以酶攻酶，以酶治酶"来实现食品或相关产品的保鲜
　　很多产品，特别是果蔬产品等，其呼吸与衰老都是由酶的作用导致的。果蔬呼吸作用就是一系列呼吸酶的催化作用，使体内有机物质发生生物氯化过程。尤其是在温度升高时，酶的活性增强，生物反应速度加快，果蔬的呼吸加速，而且果蔬温度每升高10℃，其呼吸强度就要增加到原来的2～4倍。因此，某些生物酶可以对果蔬等生鲜食品中的酶进行抑制，而使之保鲜寿命延长。
　　 3.3生物酶在循环水处理中的应用
　　在循环水系统漏入大量油品时以及装置在检修后的开工阶段，常规水处理工艺是采用杀菌剥离、酸洗预摸膜、排污置换处理。而采用生物酶水处理技术可在不置换、不排污的条件下，对设备及管网进行除油、净化、清洗和保护处理，在满足系统的缓蚀、阻垢要求的条件下，运行费用约为常规处理方法的3%，并且可节省大量的清洗、置换用水。
　　3.4生物酶提高油层渗透率的应用
　　生物酶在压裂施工中具有多种技术和应用优势，例如酶的使用避免了入井液对地层的伤害；适用井况范围广；破胶速度可控；半衰期长破胶持久；彻底破胶和低残渣极大提高裂缝的导流能力；高效酶活极低用量(10-20 ppm)；流体投料简易可控、分散均匀；易储存便运输；杜绝硫酸盐还原菌营养源的注入，保护管道。在环保方面，作为无污染液体生物破胶剂，酶可以完全均匀地分散到胶体中，不会造成局部胶团堵塞；且破胶后平均残渣粒径小，酶水解后的压裂液对储层孔隙堵塞和岩心的伤害小。

　　4总结

　　酶处理工艺已被公认为是一种符合环保要求的绿色生产工艺，它不仅使纺织品的服用性能得到改善和提高，又因无毒无害，用量少，可生物降解废水，无污染而有利于生态环保的保护。目前在纺织中应用生物酶的技术范围较广。生物酶技术在改进染整加工工艺、节约能耗、减少环境污染、提高产品质量、增加附加值和开发新型原料的产品等方面都具有独特的优势。生物酶的应用也有很多的研究成果值得借鉴。但很多生物应用效果和应用范围将需要进行大量的试验和探索。我们坚信生物技术在各领域的发展和应用将会带来不可估量的奇效。

　　参考文献：
　　 [1] 李群、赵昔慧，酶在纺织印染工业中的应用，化学工业出版社，2006.4
　　 [2]（美）弗鲁顿著，昌增益译，蛋白质、酶和基因化学与生物学的交互作用，清华大学出版社，2005.1
　　 [3] 李群、赵昔慧，酶在纺织印染工业中的应用，化学工业出版社，2006.4
　　 [4] 郭勇，酶的生产与应用，化学工业出版社，2003.1
　　 [5] 杨昌鹏, 酶制剂生产与应用,中国环境科学出版社，2006.8