Strategies for Stabilization of Enzymes in Organic Solvents

离子液体 化学 共晶体系 酶催化 溶解度 生化工程 催化作用 有机合成 有机化学 生物催化 组合化学 溶剂 工程类 合金
作者
Veronika Štěpánková,Šárka Bidmanová,Táňa Koudeláková,Zbyněk Prokop,Radka Chaloupková,Jiřı́ Damborský
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:3 (12): 2823-2836 被引量:577
标识
DOI:10.1021/cs400684x
摘要

One of the major barriers to the use of enzymes in industrial biotechnology is their insufficient stability under processing conditions. The use of organic solvent systems instead of aqueous media for enzymatic reactions offers numerous advantages, such as increased solubility of hydrophobic substrates or suppression of water-dependent side reactions. For example, reverse hydrolysis reactions that form esters from acids and alcohols become thermodynamically favorable. However, organic solvents often inactivate enzymes. Industry and academia have devoted considerable effort into developing effective strategies to enhance the lifetime of enzymes in the presence of organic solvents. The strategies can be grouped into three main categories: (i) isolation of novel enzymes functioning under extreme conditions, (ii) modification of enzyme structures to increase their resistance toward nonconventional media, and (iii) modification of the solvent environment to decrease its denaturing effect on enzymes. Here we discuss successful examples representing each of these categories and summarize their advantages and disadvantages. Finally, we highlight some potential future research directions in the field, such as investigation of novel nanomaterials for immobilization, wider application of computational tools for semirational prediction of stabilizing mutations, knowledge-driven modification of key structural elements learned from successfully engineered proteins, and replacement of volatile organic solvents by ionic liquids and deep eutectic solvents.
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