大分子介质中消化酶的活力是增强还是抑制？脂肪酶活性的定量与预测
2025年2月，浙江工商大学陈忠秀教授课题组在ACS旗下国际期刊The Journal of Physical Chemistry B发表题为“Enhanced or Inhibited Activity of Lipase in Macromolecular Media: Quantification and Prediction”的研究性论文。该论文获国家自然科学基金（NSFC, NO. 32372460）、浙江省自然科学资金（NO. LTGN23C200009）资助。
在日常的食物组分中常常含有各种多糖、蛋白质等大分子，这些大分子（如膳食纤维、蛋白质）在人体内就像一群“隐形调节员”——它们既能给消化酶“提速”，又能让它“抛锚”，但这背后的“开关逻辑”鲜见报道。以分解脂肪的胰脂肪酶为例，我们前期的研究发现：当它遇到不同大分子时，酶的活性与脂质消化截然不同——有些大分子产生粘滞空间，让酶行动缓慢，活力下降；有些大分子却营造特殊空域，让酶高效工作 (Food Chemistry. 2023, 436, 137763；Food Chemistry. 2022, 405, 134979；Food Chemistry. 2020, 341, 128211；Thermochimica Acta. 2018, 70-78.)。我们关注的问题是，不同大分子构建的限域空间有没有普遍的物理化学规律？
本研究选取了两亲大分子（Pluronic）、聚乙二醇（PEG）、葡聚糖（Dextran）、聚蔗糖（Ficoll）及牛血清白蛋白（BSA）等大分子，系统考察了胰脂肪酶（PPL）在不同大分子介质中的活性。通过提取影响酶活性的物理化学因素，建立了包括粘度效应、拥挤效应和软相互作用在内的三个功能函数模型。研究表明，基于Huggins常数和Kramer常数的介质参数能够表征大分子介质的特征，同时，基于多变量非线性回归模型，进一步建立了用于预测消化酶活性的 “拥挤酶促因子”。本研究首次对复杂大分子介质中影响酶活性的多种物理化学因素进行定量和建模，这对于科学预测食品多糖的健康功效以及功能食品的配方设计具有重要的意义。
研究亮点
1.本研究首次基于Huggins常数与Kramer常数构建介质参数（δ），量化表征大分子介质的物化性质和溶液行为；
2.系统地构建了三大函数（粘度效应、拥挤效应和软相互作用），全面描述了大分子介质对酶活性的影响；
3.通过多变量非线性回归分析，建立了高精度的预测模型，提出了拥挤酶促因子模型（CCef = xCsoft + yCexvol + zCviscosity）。
4.该模型能够准确预测大分子介质对脂肪酶活性的影响：当CCef > 1时，酶活性显著增强；当CCef < 1时，酶活性受到抑制；当CCCef = 1时，酶活性保持不变；该模型有效揭示了不同类型大分子对脂肪酶活性的促进或抑制机制，为复杂体系下的酶活调控提供了新的研究视角。
1.本研究首次基于Huggins常数与Kramer常数构建介质参数（δ），量化表征大分子介质的物化性质和溶液行为；
2.系统地构建了三大函数（粘度效应、拥挤效应和软相互作用），全面描述了大分子介质对酶活性的影响；
3.通过多变量非线性回归分析，建立了高精度的预测模型，提出了拥挤酶促因子模型（CCef = xCsoft + yCexvol + zCviscosity）。
4.该模型能够准确预测大分子介质对脂肪酶活性的影响：当CCef > 1时，酶活性显著增强；当CCef < 1时，酶活性受到抑制；当CCCef = 1时，酶活性保持不变；该模型有效揭示了不同类型大分子对脂肪酶活性的促进或抑制机制，为复杂体系下的酶活调控提供了新的研究视角。
研究结论
1.大分子拥挤剂通过调控排除体积效应中的拥挤因子（InΓ）值影响酶活性：InΓ<0时（如Pluronics、Dextran、PEG）抑制酶活性，InΓ>0时（如BSA、Ficoll）显著增强活性，且较小尺寸的拥挤剂驱动InΓ提升，优化调控效率。
2.随着大分子浓度升高，低浓度下（c<c*）排除体积效应逐渐降低，在高浓度下（c>c*）会呈现超拥挤状态，排除体积相互挤压损耗，此时介质粘度效应起主导作用。
3.大分子介质通过粘度、排斥体积及软相互作用三类功能参数调控消化酶活性，其中介质参数δ（基于Huggins和Kramer常数）可表征介质特性，而粘度因子分解出的ΦBsize（尺寸贡献）和ΦBstructure（结构贡献）对酶活性具有差异化的调控作用。
1.大分子拥挤剂通过调控排除体积效应中的拥挤因子（InΓ）值影响酶活性：InΓ<0时（如Pluronics、Dextran、PEG）抑制酶活性，InΓ>0时（如BSA、Ficoll）显著增强活性，且较小尺寸的拥挤剂驱动InΓ提升，优化调控效率。
2.随着大分子浓度升高，低浓度下（c<c*）排除体积效应逐渐降低，在高浓度下（c>c*）会呈现超拥挤状态，排除体积相互挤压损耗，此时介质粘度效应起主导作用。
3.大分子介质通过粘度、排斥体积及软相互作用三类功能参数调控消化酶活性，其中介质参数δ（基于Huggins和Kramer常数）可表征介质特性，而粘度因子分解出的ΦBsize（尺寸贡献）和ΦBstructure（结构贡献）对酶活性具有差异化的调控作用。
原文链接https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.4c06511
