微生物脂肪酶的应用及其研究进展
江苏农林职业技术学院江苏农林职业技术学院 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） SNL/QR7.5.4-3 微生物脂肪酶的应用及其研究进展 专专 业业 生物技术及应用生物技术及应用 学生姓名学生姓名 彭彭 林林 班班 级级 0909 生物技术及应用生物技术及应用 学学 号号 09110404420911040442 指导教师指导教师 张张 小小 华华 完成日期完成日期 20122012 年月年月 附 1： 附 3： 附 3： 彭霞: 微生物脂肪酶的应用及其研究进展 微生物脂肪酶的应用及其研究进展 摘要: : 随着工业催化技术的发展，脂肪酶作为一种重要的生物催化剂现已成为世界研究的热点。 文中对微生物脂肪酶的结构、性质以及其在粮油食品加工、生物柴油、有机合成、手性化合物合 成及三甘酯结构测定等方面的应用进行了综述和展望。 关键词：微生物脂肪酶；结构；催化特性；应用；油脂加工 Research progress and application of microbes lipase Peng Xia Department of Bioengineering, Jiangsu Polytechnic College of Agriculture and Forestry, Jurong, Jiangsu, 212400 Abstract：With the development of technology of industrial catalytic. As an important biocatalyst, lipase has become the research hotspot all around the world.The paper summarized and prospected the structure and the property of the microbial lipase and the application in the fields of grain,oil and food processing,biodiesel,organic synthesis,chiral synthesis and the triglyceride structure determination. Key words：microbial lipase；structure；catalytic properties；application；oil processing 江苏农林职业技术学院毕业设计（论文） 目目 录录 前言 1 1 脂肪酶的结构特点1 1.1 脂肪酶的多样性与保守性1 1.2 “盖子”结构2 2 脂肪酶的催化特性2 3 脂肪酶的应用3 3.1 在粮油食品加工中的应用.3 3.2 在油脂工业工业中的应用.4 3.3 在生物柴油中的应用.4 3.4 在有机合成中的应用5 3.5 在手性化合物合成方面的应用5 3.6 在三甘油脂结构测定中的应用5 3.7 在医药工业中的应用.6 3.8 在纺织工业中的应6 3.9 在化学品合成工业中的应用6 3.10 在其他工业方面的应用. 7 4 展望 9 参考文献10 彭霞: 微生物脂肪酶的应用及其研究进展 1 前言 脂肪酶又称三酰基甘油水解酶，是一类主要水解由甘油和水不溶性长链脂肪酸形成 的甘油三酯的酯键水解酶，广泛存在于动物组织、植物种子和微生物中，主要制备方法 有提取法、化学合成法和微生物发酵法。催化甘油三酯分解成甘油二酯、甘油单酯、甘 油和脂肪酸，是一类特殊的酯键水解酶。脂肪酶的来源很多，其中微生物来源的脂肪酶 可以催化酯类化合物的水解、醇解、酯化、酯交换及合成等，反应不需要辅酶、条件温 和、能耗低、底物原料品质要求低、副产物少，主要用于食品加工、生物柴油制备、生 物传感器（酶传感器） 、手性药物拆分等领域。由于微生物生长繁殖快，所产脂肪酶种类 多，具有比动植物源脂肪酶更广泛的作用 pH 值和温度范围，且微生物脂肪酶一般都是胞 外酶，更适合于工业规模生产和获得高纯度制品，因此微生物脂肪酶是工业用脂肪酶的 重要来源，且在理论研究方面也具有重要意义。随着生物技术的快速发展以及固定化酶 技术、界面酶学和非水相酶学研究的突破性进展和一些脂肪酶基因的克隆及在异源系统 中的高效表达，已有不少脂肪酶实现了工业化生产，在日常生活和工业生产的各领域将 得到越来越广泛的应用。人们对微生物脂肪酶产生了浓厚的兴趣。以下是我对微生物脂 肪酶特性及其应用进行了综述，并对其研究前景进行了展望。 1 脂肪酶的结构特点 1.1 脂肪酶的多样性与保守性 到目前为止，大约 2 000 种脂肪酶及相关酶的非冗余序列被提交到蛋白质数据库， 所有已知的脂肪酶没有特征性的相似序列，相反，它们呈现出惊人的多样性。在微生物 酯酶及脂肪酶数据库中，脂肪酶被分为 16 个超家族，39 个同源家族1。它们的唯一共性 是都有一个 Gly-Z-Ser-W-Gly（在少数情况下，甘氨酸被其他小的残基取代）的五肽序列； 尽管脂肪酶的一级序列不同，但是所有脂肪酶表现为相同的结构框架，即所谓的 / 水解酶折叠，并且它们有相同的催化机制.这种结构的保守性是一种非常有用的工具，可 以帮助对新酶进行分类鉴定，即使这些酶没有明显的序列相似性2。典型的 / 水解 酶折叠的基础是一个位于核心的，几乎是 8 个平行的 -折叠束构成，其中只有一束 2 是反平行的，38 是通过 -螺旋（A-F）在折叠的两端连接。此特殊结构为酶 的活性位点提供了一个稳定支架催化三联体。这个三联体包括亲核试剂、酸性残 基和组氨酸3。多数微生物脂肪酶活性中心为丝氨酸、天冬氨酸和组氨酸构成的三联体， 而白地霉（Geotrichum Candium）和假丝酵母（Candida Cylindracea）等少数脂肪酶活 性中心由丝氨酸、谷氨酸和组氨酸构成。具有亲核基团的 Ser 残基，通常情况下位于 5 链之后，酸性氨基酸（如 Glu 或 Asp）残基位于 7 后面，而 His 残基位于 8 后面4 （如图 1） 。 江苏农林职业技术学院毕业设计（论文） 10 图 1 典型的 / 水解酶折叠 不同来源的脂肪酶空间结构主要差别在于 -折叠束和 -螺旋的数量以及 -折叠 角度和 -螺旋的空间排列5。 1.2“盖子”结构 脂肪酶通过与水/底物界面的相互作用来获得不同的构象状态。在关闭构象状态时， “盖子”覆盖在酶的活性位点上，酶难以靠近底物分子，而转变到开放构象状态时，催 化通道入口打开.近年来，发现“盖子”的作用不仅仅是调节底物靠近活性位点的大门。 “盖子”是两性分子结构，在关闭状态，酶的结构是亲水端面对溶剂，疏水端朝向蛋白 质的内部，当酶转变到开放状态时，疏水端会暴露出来，隐藏亲水残基团，在丝氨酸残 基周围形成亲电子域，引起脂肪酶的构象改变，增加了酶与脂类底物的亲和性，并稳定 了催化过程中过渡态中间产物。酶分子周围通常保留一定量的水分，从而保证了脂肪酶 在油/水界面和脂相中的自体激活6-7。 2 脂肪酶的催化特性 脂肪酶的催化特性主要包括最适温度与最适 pH 值、热稳定性、区域选择性等几个方 面。微生物脂肪酶一般易溶于水，不溶于乙醇，通常在 pH 值 4.011.0 之间水解能力较 强，部分脂肪酶在 pH 值 3.0 时仍有稳定的活性，最适作用温度在 3060之间。脂肪酶 的区域选择性被成功应用的一个领域是修饰三酰甘油，这些三酰甘油具有 3 个相关的特 性：区域选择性，脂肪酸在甘油骨架上的位置；脂肪酸特异性，如特定链长或不饱 和脂肪酸；甘油酯的类型，如单酰甘油、二酰甘油、三酰甘油。大部分已知的脂肪酶 都是 1,3 位甘油酯键专一性的，并在伯醇位置具有活性，例如：青霉（Penicillium sp）和米黑毛霉（Mucor miehei）脂肪酶为 1 位和 3 位甘油酯键专一水解酶，但也有少 量在 2 位具有活性，可以完全水解为脂肪酸。由于脂肪酸的选择性，脂肪酶可以将中链 的酯转化为长链（如将 C4 变为 C8，但很少达到 C22） ，只是转化率不同。在这个性质方 面，甚至相同酶的不同亚型也不同。如玫瑰假丝酵母脂肪酶的亚型 1 主要作用于中链 （C8C10）的底物，亚型 3 作用于可溶性的短链底物，而亚型 2 和 4 则作用于长链分子 （C16C18） ，另外，脂肪酶应用越来越多的领域是多官能团的选择性酰化，例如，糖类、 彭霞: 微生物脂肪酶的应用及其研究进展 3 氨基酸和多肽，尤其在保护和去保护过程中，对新药研发中构建糖类骨架化合物库是必 需的。精细化工、制药、农用化学品是脂肪酶其他性质最重要的应用领域，这归功于它 对大量底物的立体选择性，它可以使前手性底物和拆分外消旋反应更加容易7-8。 脂肪酶催化特性还表现为，在油/水界面上其催化活力最大。 “盖子”中 -螺旋双亲 性会影响脂肪酶与底物在油/水界面结合能力，其双亲性减弱将导致脂肪酶活力降低。由 于脂肪酶与油/水界面缔合作用，导致“盖子”张开，活性部位暴露，使底物与脂肪酶结 合能力增强，底物较容易进入疏水性通道而与活性部位结合生成酶-底物复合物。界面活 化现象可提高催化部位附近疏水性，导致 -螺旋再定向，从而暴露出催化部位.界面存 在，还可使酶形成不完全水化层，这有利于疏水性底物脂肪族侧链折叠到酶分子表面， 使酶催化易于进行9。 3 脂肪酶的应用 3.1 在粮油食品加工
