HpSO₃

Hydrogenthiophosphate

TsO^-

TsO

Toluenesulfonate

CH₃OSO₃^-

MeSO₄

Methylsulfate

C₂H₅OSO₃^-

EtSO₄

Ethylsulfate

n-C₈H1₇OSO₃^-

OctSO₄

Octylsulfate

(HO)₂PO₂^-

H₂PO₄

Dihydrogenphosphate

(CH₃O)₂PO₂^-

Me₂PO₄

Dimethyl phosphate

C₂H₅O(CH₂)₂OSO1₃^-

EtOEtSO₄

Ethoxyethylsulfate

در بیوترانسفورماسیون غالبا از مخلوط محیط آلی­- آبی برای افزایش حلالیت واکنش­دهنده­ها و محصولات آبگریز استفاده می­ شود. پایداری و فعالیت آنزیم­ها در مخلوط­های آبی مایعات یونی غالبا براساس اثرات هافمیستر مورد بررسی قرار می­گیرد. یک مطالعه اولیه روی آنزیم آلکالین فسفاتاز^[۵۲] مربوط به باکتری اشرشیا کلای^[۵۳] در مخلوط آبی [EtNH₃][NO₃] (قدیمی­ترین مایع یونی (Walden, 1914 )) نشان داد که این مایع یونی در غلظت­های پایین روی آنزیم اثر فعال کننده داشته است و بیش­ترین اثر گذاری آن (۱۰ درصد افزایش فعالیت) در غلظت ۱/۱ مولار دیده شده است. با افزایش غلظت مایع یونی تا قبل از غلظت ۸۰ درصد فعالیت آنزیم به طور برگشت پذیر کاهش یافت و پس از آن آنزیم به طور برگشت ناپذیری غیر فعال گردید (Magnuson et al., 1984).

۲-۲- اثر مایعات یونی مختلف بر فعالیت و پایداری آنزیم
در سال­های اخیر در حوزه بیوکاتالیز در مخلوط­های مایع یونی- آب کارهای زیادی در رابطه با طیف وسیعی از آنزیم­ها و مایعات یونی انجام شده است. به تازگی آنیون­های α-آمینواسیدها در مایعات یونی مورد استفاده قرار گرفته­اند. این آنیون­ها کاسموتروپ هستند (Zhao, 2006). مایعات یونی تشکیل شده از α-آمینواسیدهای D و L و ω- آمینوکربوکسیلات­ها^[۵۴] و کاتیون [C₂MIM] در غلظت ۵/۰ مولار اثر بسیار کمی بر فعالیت آنزیم سوبتیلیسین^[۵۵] داشتند. در حالی که [C₂MIM][D-GluO] در غلظت ۱ مولار سرعت واکنش را بیش از ۶۰ درصد کاهش داد و [C₂MIM][L-GluO] باعث کاهش ۸۰ درصدی سرعت شد (Zhao, 2006). مایع یونی [C₄MIM][Cl] در غلظت­های کمتر از ۲۰ درصد اثر کمی بر آنزیم پراکسیداز ترب سیاه^[۵۶] (HRP) گذاشت در حالی­که در غلظت­های ۲۵ و ۳۰ درصد کاهش شدید فعالیت و پایداری دمایی آنزیم را نشان داد (Machado and Saraiva, 2005).
آنیون نیترات یک آنیون بی ضرر و بی اثر است با این وجود مایعات یونی حاوی این آنیون زیاد مورد مطالعه قرار نگرفته­اند. از معدود مطالعات انجام شده در این زمینه می­توان پژوهشی روی آنزیم پاپائین^[۵۷] را نام برد که در حضور ۱۵ درصد [C₄MIM][NO₃] 50 درصد از فعالیت خود را حفظ کرد. در گزارشی توسط کفتزیک و همکاران دو آنزیم ^[۵۸]CbFDH و β-گالاکتوزیداز^[۵۹] مربوط به باسیلوس سیرکولانس^[۶۰] در حضور ۲۵ درصد [PrNH3][NO₃]^[61] کاملا غیرفعال شدند (Kaftzik et al., 2002). دلیل این غیرفعال شدن را اسیدی شدن pH احتمال دادند.
مایعات یونی حاوی یون [BF₄] بسیار مورد استفاده قرار گرفته است. این آنیون به شدت کائوتروپ است و نسبت به آنیون­هایی که قبل از این گفته شد قدرت کمتری در تشکیل پیوند هیدروژنی دارد. اثر [C₄MIM][BF₄] بر فعالیت HRP توسط ماکادو و همکاران مورد بررسی قرار گرفت. در غلظت­های کمتر از ۲۰ درصد [C₄MIM][BF₄] کم­ترین کاهش فعالیت دیده شد و در غلظت ۲۵ درصد آن ۳۰ درصد کاهش فعالیت دیده شد. ماکادو و همکاران هم­چنین تغییرات پایداری دمایی HRP را در [C₄MIM][BF₄] بررسی کردند. در غلظت ۱۰ درصدی مایع یونی، آنزیم HRP با تأخیر بیش­تری نسبت به محیط آبی در اثر دمادهی غیرفعال شد. در حالی که در غلظت ۲۵ درصد مایع یونی، پایداری آنزیم به شدت کاهش یافت (Machado and Saraiva, 2005).
اولین بیوترانسفورماسیون موفق در یک محیط مایع یونی حاوی ۵ درصد آب مربوط به یک مایع یون آبگریز بود. ترمولایزین^[۶۲]، یک آنزیم بسیار پایدار، واکنش سنتز Z- آسپارتام^[۶۳] را در محیط [C₄MIM][BF₄] اشباع از بافر کاتالیز کرد؛ سرعت واکنش در این حالت نسبت به سرعت واکنش در محیط اتیل استات ۴۰ درصد بود (Erbeldinger et al., 2000).
لیپازها به عنوان آنزیم­ های مقاوم به حلال­های آلی مسلما اولین گزینه انتخابی برای انجام بیوکاتالیز در مایعات یونی بودند. در حقیقت لیپازهای میکروبی پایدار مانند CALB (Madeira Lau et al., 2000 , Schofer et al., 2001) و لیپاز سودوموناس کاپاسیا^[۶۴] (PCL) (Park and Kazlauskas. 2001, Nara et al., 2002) در مایعات یونی از خانواده ۱- آلکیل ۳- متیل ایمیدازولیوم^[۶۵] و ۱- آلکیل پیریدینیوم^[۶۶]، در ترکیب با آنیون­های BF₄^- [۶۷]، PF₆^-[68]، TfO^- [۶۹]و NTf₂^- [۷۰] دارای فعالیت کاتالیتیک هستند. نتایج اولیه در این قبیل کارها معمولا تکرارپذیر نبود و این به دلیل حضور ناخالصی­ باقی مانده طی فرایند تهیه مایعات یونی بود. لیپازها واکنش­های ترانس­استریفیکاسیون را در این مایعات یونی با بازده قابل مقایسه با واکنش­های انجام شده در ترت- بوتیل الکل^[۷۱] (Madeira Lau et al., 2000)، دی­اکسان^[۷۲] (Nara et al., 2002)، یا تولوئن^[۷۳] (Park and Kazlauskas 2001) را کاتالیز کردند.
لیپاز A کاندیدا آنتراکتیکا (CALA) به عنوان یک استثناء در محیط مایعات یونی [C₄MPy][BF₄] ^[۷۴] و [C₄MIM][NTf₂] 10 برابر فعال­تر از محیط دی­ایزوپروپیل­اتر^[۷۵] (DIPE) (Schofer et al., 2001) بود. مایعات یونی خارج از خانواده­های ۱- آلکیل ۳- متیل ایمیدازولیوم و ۱- آلکیل پیریدینیوم به ندرت در فرایند بیوکاتالیز مورد استفاده قرار گرفته­اند.
لیپازهای مختلفی برای انجام بیوکاتالیز در مایعات یونی مورد بررسی قرار گرفته اند که از این میان می­توان آنزیم­ های لیپاز CALB (Lozano et al., 2003)،PCL (Itoh et al., 2003)، ^[۷۶]ASL (Schofer et al., 2001)، CALA، RML^[77] و TLL^[78] (Schofer et al., 2001) را نام برد. برای مثال دو آنزیم RML و TLL فعالیت خود را در مایع یونی [C₄MIM][NTf2] حفظ کردند در حالی که در دو مایع یونی [C₄MIM][PF₆] و [C₄MIM][BF₄] غیرفعال شدند (Schofer et al., 2001).
لیپاز CRL^[79] به طور معمول در محیط­های بدون آب فعالیت کمی دارد. بر اساس مطالعات انجام شده در رابطه با کاتالیز واکنش­های مختلف، این آنزیم در مایعات یونی [C₄MIM][PF₆] و [C₄MIM][BF₄] فعالیت خود را حفظ می­ کند (Schofer et al., 2001, Kaar et al., 2003). CRL در [C₄MIM][PF₆] بهترین فعالیت خود را در حضور حداکثر ۴/۰ مولار آب (یا ۵/۰=aw براساس سایر گزارشات (Ulbert et al., 2004) نشان می­دهد. هم­چنین گزارش شده است که CRL واکنش استریفیکاسیون را در محیط بدون آب [C₄MIM][PF₆] بهتر از محیط ایزواکتان^[۸۰] کاتالیز می­ کند (Yu et al., 2005).
توانایی لیپاز در تحمل مایعات یونی به صورت بی­آب یک توانایی عمومی نیست. آنزیم CALB (Schofer et al., 2001, Kaar et al., 2003)و CRL (Kaar et al., 2003) در طیف وسیعی از مایعات یونی امتزاج­پذیر با آب، حاوی آنیون­های [MeSO₄] (Schofer et al., 2001)، [NO₃] (Kaar et al., 2003)، [AcO] یا [lactate] (Sheldon et al., 2002) غیرفعال است. نکته قابل توجه این است که لیپاز در چنین محیط­هایی حل می­ شود زیرا حل شدن پروتئین مستلزم شکسته شدن برهم­کنش­های پروتئین- پروتئین و تشکیل اینترکشن­های قوی­تر با محیط است. آب نیز چنین عملکردی دارد اما حلال­های آلی مانند N،N- دی­متیل فرمامید و دی­متیل سولفوکسید که آنزیم­ها را در خود حل می­ کنند، و در ضمن، گروه ­های سطح پروتئین را کوئوردینه می­ کنند، عوامل دناتوره کننده قوی محسوب می­شوند.
۲-۳- بررسی ساختار آنزیم­ها در مایعات یونی