酶非水相催化讲稿.ppt

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1、关于酶非水相催化第一页，讲稿共五十七页哦观念的改变观念的改变o有关酶的催化理论是基于酶在水溶液中的催化反应建有关酶的催化理论是基于酶在水溶液中的催化反应建立起来的。立起来的。o近年来，进行了非水介质的酶结构与功能、酶作用机制、近年来，进行了非水介质的酶结构与功能、酶作用机制、酶作用动力学的研究，建立起非水酶学（酶作用动力学的研究，建立起非水酶学（non-aqueous non-aqueous enzymology)enzymology)。第二页，讲稿共五十七页哦对于大多数有机化合物来说，水并不是一种适宜的溶剂。对于大多数有机化合物来说，水并不是一种适宜的溶剂。由于水的存在，往往有利于如水解、消

2、旋化、聚合由于水的存在，往往有利于如水解、消旋化、聚合和分解等副反应的发生。和分解等副反应的发生。19841984年，克利巴诺夫（年，克利巴诺夫（KlibanovKlibanov）等人在有机介质中进行）等人在有机介质中进行了酶催化反应的研究，并成功地在有机介质中利用酶的了酶催化反应的研究，并成功地在有机介质中利用酶的催化作用，获得酯类、肽类、手性醇等多种有机化合物，催化作用，获得酯类、肽类、手性醇等多种有机化合物，指出指出酶可以在水与有机溶剂的互溶体系中进行催化酶可以在水与有机溶剂的互溶体系中进行催化反应反应。非水酶学非水酶学第三页，讲稿共五十七页哦第一节第一节 酶非水相催化的酶非水相催化的主

3、要内容主要内容受非水介质的影响，其催化特性与在水相中不同受非水介质的影响，其催化特性与在水相中不同酶的非水相催化类型主要包括酶的非水相催化类型主要包括:o一、有机介质的酶催化；一、有机介质的酶催化；o二、气相介质的酶催化；二、气相介质的酶催化；o三、超临界流体介质中的酶催化；三、超临界流体介质中的酶催化；o四、离子液介质中的酶催化四、离子液介质中的酶催化go第四页，讲稿共五十七页哦有机介质有机介质中中的酶催化的酶催化o指酶在含有一定指酶在含有一定量量水的有机溶剂中进行水的有机溶剂中进行的的催催化反应化反应;o适用范围适用范围:底物底物、产物产物两者两者或其一为疏水性或其一为疏水性物质的酶催化作

4、用物质的酶催化作用;o原因原因:酶在有机相中能保持结构的完整酶在有机相中能保持结构的完整;o特性特性:酶的底物特异性、立体选择性、区域酶的底物特异性、立体选择性、区域选择性、键选择性、热稳定性等有所改变；选择性、键选择性、热稳定性等有所改变；o应用：多肽、酯类、甾体转化、功能高分子应用：多肽、酯类、甾体转化、功能高分子合成、手性药物拆分的研究。合成、手性药物拆分的研究。第五页，讲稿共五十七页哦气相介质气相介质中中的酶催化的酶催化o指酶在气相介质中进行催化反应；指酶在气相介质中进行催化反应；o适用范围：底物是气体或能转化为气体的物适用范围：底物是气体或能转化为气体的物质；质；o特性：气体介质密度

5、低，扩散容易；与在水特性：气体介质密度低，扩散容易；与在水相中明显不同；相中明显不同；第六页，讲稿共五十七页哦超临界流体介质中的酶催化超临界流体介质中的酶催化酶在超临界流体中进行催化反应；超临界流体指温度和压力超过临界点的流体；supercritical状态，简称SC 状态；由于黏度、介电常数、扩散系数和溶解能力都与密度有关，因此可以方便地通过调节压力来控制超临界流体的物理化学性质。要求：超临界流体对酶结构无破坏；具良好化学稳定性；温度不可太高太低；压力不可太高；易获得等。第七页，讲稿共五十七页哦优点：优点：1)1)与水相比较，脂溶性反应物和产物可溶于超临界与水相比较，脂溶性反应物和产物可溶于

6、超临界COCO中，而酶作为蛋白质不溶解，有利于中，而酶作为蛋白质不溶解，有利于三者的分离；三者的分离；2)2)产品回收时，不需要处理大量的稀水溶液，可解决环境污染问题；产品回收时，不需要处理大量的稀水溶液，可解决环境污染问题；3)3)与有机溶剂体系相比，与有机溶剂体系相比，COCO无毒，不燃烧、廉价、无有机溶剂残留之虞；无毒，不燃烧、廉价、无有机溶剂残留之虞；4)CO4)CO超临界体系超临界体系具有气体的高扩散系数、低粘度和低表面张力使底物向酶的传质具有气体的高扩散系数、低粘度和低表面张力使底物向酶的传质速度加快从而使反应速度提高速度加快从而使反应速度提高，且在临界点附近，溶解能力和介电常数对

7、温度和压力，且在临界点附近，溶解能力和介电常数对温度和压力敏感，故反应速度提高。亦可以控制反应速率和反应平衡；敏感，故反应速度提高。亦可以控制反应速率和反应平衡；5)5)可简化产物的分离，有可能将反应和分离过程耦合。可简化产物的分离，有可能将反应和分离过程耦合。已对已对1010多种酶反应进行了研究，主要是酯化反应、酯交换反应、酯水解反应和氧化反应。反应多种酶反应进行了研究，主要是酯化反应、酯交换反应、酯水解反应和氧化反应。反应条件温和，反应温度低于条件温和，反应温度低于5050Back第八页，讲稿共五十七页哦离子液介质中的酶催化离子液介质中的酶催化o指酶在离子液中进行催化作用；指酶在离子液中进

8、行催化作用；o离子液离子液Ionic liquids(ILs)是有机阳离子与有机（无是有机阳离子与有机（无机）阴离子在室温下呈液态低熔点盐类，挥发性低，机）阴离子在室温下呈液态低熔点盐类，挥发性低，稳定性好；稳定性好；o特性：酶在其中有良好的稳定性、区域选择特性：酶在其中有良好的稳定性、区域选择性、立体选择性、键选择性。性、立体选择性、键选择性。第九页，讲稿共五十七页哦第二节第二节有机介质中水和有机溶剂有机介质中水和有机溶剂对酶催化反应的影响对酶催化反应的影响go第十页，讲稿共五十七页哦o1 1、微水介质体系；、微水介质体系；o2 2、与水溶性有机溶剂组成的均一体系；、与水溶性有机溶剂组成的均

9、一体系；o3 3、与水不溶性有机溶剂组成的两相或多相体系；、与水不溶性有机溶剂组成的两相或多相体系；o4 4、（正）胶束体系；、（正）胶束体系；o5 5、反胶束体系。、反胶束体系。一、有机介质反应体系一、有机介质反应体系第十一页，讲稿共五十七页哦1 1、微水介质体系、微水介质体系o是有机溶剂和微量水组成的反应体系是有机溶剂和微量水组成的反应体系;o微量水主要是酶分子结合水微量水主要是酶分子结合水,对维持酶分子空间构对维持酶分子空间构象和催化活性至关重要象和催化活性至关重要;o另一部分水分配在有机溶剂中另一部分水分配在有机溶剂中;o酶以冻干粉或固定化酶的形式悬浮于有机介质中酶以冻干粉或固定化酶的

10、形式悬浮于有机介质中;o是常见的有机反应体系是常见的有机反应体系.第十二页，讲稿共五十七页哦2 2、与水溶性有机溶剂组成的均一体系、与水溶性有机溶剂组成的均一体系o由水与极性较大的有机溶剂互混组成；由水与极性较大的有机溶剂互混组成；o水与有机剂含量均较大；水与有机剂含量均较大；o适用的酶较少；适用的酶较少；o辣根过氧化酶（辣根过氧化酶（HRPHRP）应用：）应用：o催化酚类或芳香胺类聚合成聚酚或聚胺催化酚类或芳香胺类聚合成聚酚或聚胺类物，在环保黏合剂、导电聚物、发光类物，在环保黏合剂、导电聚物、发光聚合物材料中有重要作用。聚合物材料中有重要作用。第十三页，讲稿共五十七页哦3 3、与水不溶性有机

11、溶剂组成的两相或多相体系与水不溶性有机溶剂组成的两相或多相体系o由水和疏水性较强的有机溶剂组成两相或由水和疏水性较强的有机溶剂组成两相或多相体系；多相体系；o游离酶、亲水性底物溶于水相，疏水性底游离酶、亲水性底物溶于水相，疏水性底物或产物溶于有机相；物或产物溶于有机相；o固定化酶在界面；固定化酶在界面；o催化反应在两相界面进行；催化反应在两相界面进行；o适于底物或产物属于疏水化合物的反应。适于底物或产物属于疏水化合物的反应。第十四页，讲稿共五十七页哦4 4、（正）胶束体系、（正）胶束体系大量水溶液中含少量与水不溶的有机溶剂，加入表面活性剂形成大量水溶液中含少量与水不溶的有机溶剂，加入表面活性剂

12、形成水包油微小液滴；水包油微小液滴；表面活性剂极性端朝外表面活性剂极性端朝外,非极性端朝内非极性端朝内,有机溶剂包在液滴内部有机溶剂包在液滴内部;酶在水溶液中酶在水溶液中,疏水底物或产物在胶束内疏水底物或产物在胶束内,反应在胶束界面进行反应在胶束界面进行.水相水相有机相有机相酶酶第十五页，讲稿共五十七页哦5、反相胶束体系、反相胶束体系o反相胶束反相胶束:在与水不互溶的在量有机溶剂中在与水不互溶的在量有机溶剂中,加入表面活性剂后形成的油加入表面活性剂后形成的油包水的微小水滴；包水的微小水滴；o19971997年首次报道酶在反相胶束中具有活性年首次报道酶在反相胶束中具有活性(已发现已发现4040多

13、种酶多种酶)；o酶分子处在反胶束内，稳定性好；酶分子处在反胶束内，稳定性好；o反胶束与生物膜有相似之处，适于研究生物膜表面酶的结构、催化特性、动反胶束与生物膜有相似之处，适于研究生物膜表面酶的结构、催化特性、动力学特性。力学特性。水相有机相酶第十六页，讲稿共五十七页哦二、水对有机介质中酶催化的影响二、水对有机介质中酶催化的影响水在酶催化反应中发挥着水在酶催化反应中发挥着双重双重作用作用:一方面,水分子直接或间接地通过氢键疏水键及范德华力等非共价键相互作用来维持酶的催化活性所必需的构象,与酶分子紧密结合的一层左右的水分子对酶的催化活性是至关重要的,称之为必需水,不同酶与必需水结合的紧密程度及所结

14、合的必需水数量是不同的;第十七页，讲稿共五十七页哦水的影响水的影响另一方面另一方面水是导致酶的热失活的重要因素水是导致酶的热失活的重要因素,有水存在时随着温度的有水存在时随着温度的升高酶分子会发生以下变化而失活升高酶分子会发生以下变化而失活:(1)(1)形成不规则结构形成不规则结构;(2)(2)二硫键受到破坏二硫键受到破坏;(3)(3)天冬酰胺和谷氨酰胺水解变为相应的天冬氨酸和谷氨酸天冬酰胺和谷氨酰胺水解变为相应的天冬氨酸和谷氨酸;(4)(4)天冬氨酸肽键发生水解天冬氨酸肽键发生水解.因此在非水相酶反应体系中存在着最佳含水量因此在非水相酶反应体系中存在着最佳含水量,该最佳含水量不仅取决该最佳含

15、水量不仅取决于酶的种类也与所选用的有机溶剂有关于酶的种类也与所选用的有机溶剂有关.第十八页，讲稿共五十七页哦1 1、水对酶分子空间构象的影响、水对酶分子空间构象的影响o无水下酶空间构象被破坏无水下酶空间构象被破坏,故需一层水化层故需一层水化层;o必需水必需水:维持酶分子完整空间构象所必需的最低水量维持酶分子完整空间构象所必需的最低水量;o不同的酶所需求的必需水的量差别较大不同的酶所需求的必需水的量差别较大;o每分子凝乳蛋白酶只需每分子凝乳蛋白酶只需5050分子的水，每分子多酚氧化分子的水，每分子多酚氧化酶却需酶却需3.53.5102个水分子个水分子o原因原因:必需水是维持酶分子结构中氢键、盐键

16、等副键必需水是维持酶分子结构中氢键、盐键等副键所必需的。所必需的。第十九页，讲稿共五十七页哦2.2.水对酶催化反应速度的影响水对酶催化反应速度的影响 o典典型型的的非非水水酶酶体体系系中中水水含含量量通通常常只只占占0.01%0.01%，但但其其微微小差距会导致酶催化活力的较大改变。小差距会导致酶催化活力的较大改变。o水影响蛋白质结构的完整性、活性位点的极性和稳定性。水影响蛋白质结构的完整性、活性位点的极性和稳定性。第二十页，讲稿共五十七页哦第二十一页，讲稿共五十七页哦有机介质中含两类水：结合水、游离水；有机介质中含两类水：结合水、游离水；在结合水不变的条件下，体系含水量的变化对酶催化活性影响

17、不大；在结合水不变的条件下，体系含水量的变化对酶催化活性影响不大；然而在一些体系中，溶剂和底物性质对酶活力也有直接或间接影响；然而在一些体系中，溶剂和底物性质对酶活力也有直接或间接影响；为了排除溶剂对最适含水量的影响，为了排除溶剂对最适含水量的影响，HallingHalling建议用水活度（建议用水活度（a aw w）描述有机介质中）描述有机介质中酶催化活力与水的关系：酶催化活力与水的关系：水活度：水活度：体系中水的逸度与纯水逸度之比；体系中水的逸度与纯水逸度之比；用体系中水蒸汽压与相同条件下纯水蒸汽压之比表示；用体系中水蒸汽压与相同条件下纯水蒸汽压之比表示；Aw=P/Po Aw=P/Po P

18、 P：一定条件下体系中水的蒸汽压：一定条件下体系中水的蒸汽压 Po:Po:相同条件下纯水的蒸汽压相同条件下纯水的蒸汽压水活度与溶剂极性大小无关，最适含水量与溶剂极性成正比，故采用水活度作水活度与溶剂极性大小无关，最适含水量与溶剂极性成正比，故采用水活度作参数更确切；参数更确切；3.3.水活度（水活度（activity of water)activity of water)第二十二页，讲稿共五十七页哦o有机溶剂主要通过以下三种途径发生作用有机溶剂主要通过以下三种途径发生作用:o一是有机溶剂与酶直接发生作用通过干扰氢键和疏水键等改一是有机溶剂与酶直接发生作用通过干扰氢键和疏水键等改变酶的构象从而导

19、致酶的活性被抑制或酶的失活变酶的构象从而导致酶的活性被抑制或酶的失活;o二是有机溶剂和能扩散的底物或反应产物相互作用影响正常反应的二是有机溶剂和能扩散的底物或反应产物相互作用影响正常反应的进行进行;o三是有机溶剂还可以直接和酶分子周围的水相互作用三是有机溶剂还可以直接和酶分子周围的水相互作用三三 有机溶剂对有机介质中酶催化的影响有机溶剂对有机介质中酶催化的影响第二十三页，讲稿共五十七页哦1.1.有机溶剂对酶结构与功能的影响有机溶剂对酶结构与功能的影响在水溶液中酶分子均一地溶解在水溶液中，较好地在水溶液中酶分子均一地溶解在水溶液中，较好地保持其构象；保持其构象；有机溶剂中酶分子不能直接溶解，因此

20、根据酶分子有机溶剂中酶分子不能直接溶解，因此根据酶分子特性与有机溶剂特性不同，其空间结构的保持也有特性与有机溶剂特性不同，其空间结构的保持也有不同。不同。有些酶在有机溶剂作用下，其结构受到破坏；有些酶在有机溶剂作用下，其结构受到破坏；有的酶分子则保持完整；有的酶分子则保持完整；第二十四页，讲稿共五十七页哦（1 1）有机溶剂对酶分子表面结构的影响：有机溶剂对酶分子表面结构的影响：由于酶分子与溶剂的直接接触，酶分子表面结构发生变化；（2 2）有机溶剂对酶活性中心结合位点的影响：有机溶剂对酶活性中心结合位点的影响：通过减少整个活性中心的数量，溶剂对酶的活性中心产生影响，活性中心数目丧失的多少取决于溶

21、剂中的疏水性大小。WhyWhy？溶剂与底物竞争酶的活性中心结合位点，溶剂为非极性，影响更明显，溶剂与底物竞争酶的活性中心结合位点，溶剂为非极性，影响更明显，溶剂分子能渗透入酶的活性中心，降低活性中心的极性，增加酶与底物的溶剂分子能渗透入酶的活性中心，降低活性中心的极性，增加酶与底物的静电斥力。静电斥力。第二十五页，讲稿共五十七页哦（1）有机溶剂对结合水的影响）有机溶剂对结合水的影响o一些相对亲水性的有机溶剂能够夺取酶表面一些相对亲水性的有机溶剂能够夺取酶表面的必需水而导致酶失活。的必需水而导致酶失活。o酶失水的情况与溶剂的介电常数和疏水性参酶失水的情况与溶剂的介电常数和疏水性参数有关。数有关。

22、o由于酶与溶剂竞争水分子，体系的最适含水由于酶与溶剂竞争水分子，体系的最适含水量与酶的用量及底物浓度有关。量与酶的用量及底物浓度有关。2.2.有机溶剂对酶活性的影响有机溶剂对酶活性的影响第二十六页，讲稿共五十七页哦（2）溶剂属性）溶剂属性(极性极性)与酶活力的定量关系与酶活力的定量关系酶在不同的有机溶剂中活力差别很大；酶在不同的有机溶剂中活力差别很大；研究最多的是酶活力与溶剂极性参数研究最多的是酶活力与溶剂极性参数lgPlgP之间的关之间的关系；系；P P：指溶剂在正辛烷与水两相中的分配系数，：指溶剂在正辛烷与水两相中的分配系数，lgPlgP越越大，极性越小；大，极性越小；Laane Laan

23、e 的实验发现：的实验发现：lgP2lgP4lgP4，酶具有较高活力，此类溶剂较理想，酶具有较高活力，此类溶剂较理想 。2lgP42lgP4，酶活力中等。，酶活力中等。第二十七页，讲稿共五十七页哦、有机有机溶剂对底物和产物分配的影响溶剂对底物和产物分配的影响o溶剂能直接或间接地与底物和产物相互作用。溶剂能直接或间接地与底物和产物相互作用。o溶剂能改变酶分子必需水层中底物或产物的浓溶剂能改变酶分子必需水层中底物或产物的浓度。度。有机溶剂极性小，疏水性强，疏水性底物难于有机溶剂极性小，疏水性强，疏水性底物难于进入必需水层；进入必需水层；有机溶剂极性过强，亲水性强，疏水性底物在有机溶剂极性过强，亲水

24、性强，疏水性底物在有机溶剂中溶解度太低；有机溶剂中溶解度太低；故选择故选择2 2 lgp 5的有机溶剂作为有机介质为宜。的有机溶剂作为有机介质为宜。第二十八页，讲稿共五十七页哦第三节第三节 酶在有机介质中的催化特性酶在有机介质中的催化特性o有机溶剂的存在有机溶剂的存在,改变了疏水相互作用的精细平衡改变了疏水相互作用的精细平衡,从而影响到酶的结合部位从而影响到酶的结合部位.o有机溶剂会改变底物存在状态有机溶剂会改变底物存在状态.o结果影响酶的稳定性和酶的底物特异性结果影响酶的稳定性和酶的底物特异性,立体选择性立体选择性,区域选择性和化学键选择性区域选择性和化学键选择性.第二十九页，讲稿共五十七页

25、哦一、底物专一性一、底物专一性o有机介质中酶活性中心结合部位与底物的结合状态发生有机介质中酶活性中心结合部位与底物的结合状态发生改变改变,致使酶的底物特异性发生改变致使酶的底物特异性发生改变;o水溶液中底物与酶活性中心结合靠疏水作用水溶液中底物与酶活性中心结合靠疏水作用;o有机介质中有机剂与底物的疏水作用更强有机介质中有机剂与底物的疏水作用更强;N-乙酰-L丝氨酸乙酯N-乙酰-L-苯丙氨酸乙酯疏水性疏水性:介质介质水水辛烷辛烷蛋白酶蛋白酶水解速度水解速度底物底物第三十页，讲稿共五十七页哦底物专一性底物专一性(续续)o不同的有机介质，酶的底物专一性也不一样；不同的有机介质，酶的底物专一性也不一样

26、；o极性较强的有机溶剂中极性较强的有机溶剂中,疏水性较强的底物易反应疏水性较强的底物易反应;o极性较弱的有机溶剂中极性较弱的有机溶剂中,疏水性较弱的底物易反应疏水性较弱的底物易反应;N-N-乙酰乙酰-L-L丝氨酸乙酯丝氨酸乙酯N-N-乙酰乙酰-L-L-苯丙氨酸乙酯苯丙氨酸乙酯疏水性疏水性:二氯甲烷二氯甲烷吡啶吡啶枯草杆菌蛋白酶枯草杆菌蛋白酶+丙醇丙醇(极性较强极性较强)底物底物介质介质反应速度反应速度 第三十一页，讲稿共五十七页哦二、对映体选择性（二、对映体选择性（enantioselectivity)o又称立体选择又称立体选择性性或立体异构专一性，是酶在对称的外消或立体异构专一性，是酶在对称

27、的外消旋化合物中识别一种异构体的能力大小旋化合物中识别一种异构体的能力大小的的指标；指标；立体选择系数越大，酶催化的对映体选择性越强立体选择系数越大，酶催化的对映体选择性越强立体选择系数：立体选择系数：第三十二页，讲稿共五十七页哦有机溶剂中酶对底物的对映体选择性由于有机溶剂中酶对底物的对映体选择性由于介质的亲介质的亲(疏疏)水性的变化水性的变化而发生改变。而发生改变。酶在水溶液中立体选择性强，疏水性强的有机溶剂中的酶的立体选择性差。酶在水溶液中立体选择性强，疏水性强的有机溶剂中的酶的立体选择性差。这种选择性是由底物的两种对映体把水分子从酶分子疏水结合位置换出来的能力不同；这种选择性是由底物的两

28、种对映体把水分子从酶分子疏水结合位置换出来的能力不同；介质的疏水性加大，介质的疏水性加大，L L型底物置换水的过程在热力学上不利。型底物置换水的过程在热力学上不利。原因原因第三十三页，讲稿共五十七页哦o溶剂的几何形状溶剂的几何形状也影响酶的对映体选择性，如也影响酶的对映体选择性，如OttolinaOttolina报道报道一些脂肪酶、蛋白酶在（一些脂肪酶、蛋白酶在（R R）-香芹酮及（香芹酮及（S S）-香芹酮中立体香芹酮中立体选择性不同；选择性不同；o对映体选择性对映体选择性意义意义：o蛋白酶在水溶液中对蛋白酶在水溶液中对L-L-氨基酸起作用，而在有机介质氨基酸起作用，而在有机介质中可用中可用

29、D-D-氨基酸为底物合成手性药物，有重要应用。氨基酸为底物合成手性药物，有重要应用。第三十四页，讲稿共五十七页哦三、区域选择性（三、区域选择性（regioselectivityregioselectivity）酶能够选择性地催化底物分子中某个区域的基团优先发生反应；用酶能够选择性地催化底物分子中某个区域的基团优先发生反应；用区域选择系数区域选择系数KrsKrs的大小衡量。的大小衡量。与立体选择系数相似，用与立体选择系数相似，用1 1、2 2代替构型；代替构型；反应的位置选择因子：反应的位置选择因子：K K1 1，2 2=（k kcatcat/K/Km m)1 1/（k kcatcat/K/Km

30、 m)2 2例：例：1,4-二丁酰基二丁酰基-2-辛基苯辛基苯丁醇丁醇脂肪酶脂肪酶转脂反应转脂反应+甲苯甲苯乙腈乙腈K4，120.5第三十五页，讲稿共五十七页哦四、键选择性（四、键选择性（chemoselectivity)o即同一个底物分子中有即同一个底物分子中有2 2种以上化学键可与酶反应，种以上化学键可与酶反应，酶对其一优先反应；酶对其一优先反应；6-6-氨基氨基-1-1-己醇己醇黑曲霉脂肪酶黑曲霉脂肪酶毛霉脂肪酶毛霉脂肪酶羟基酰化羟基酰化氨基酰化氨基酰化占优占优意义：可在不需基团保护下合成氨基醇脂；意义：可在不需基团保护下合成氨基醇脂；第三十六页，讲稿共五十七页哦五、五、热力学稳定性热力

31、学稳定性有机溶剂中酶的热稳定性和储存稳定性都比水溶液中高；有机溶剂中酶的热有机溶剂中酶的热稳定性和储存稳定性都比水溶液中高；有机溶剂中酶的热稳定性还与介质中水含量有关；稳定性还与介质中水含量有关；原因：可能是有机介质中缺少引起酶变性的水分子；原因：可能是有机介质中缺少引起酶变性的水分子；KlibanovKlibanov和和VolkinVolkin认为：由于有机溶剂中缺少使酶热失活的水分子，由水引认为：由于有机溶剂中缺少使酶热失活的水分子，由水引起的蛋白质热失活的全过程难以进行。起的蛋白质热失活的全过程难以进行。第三十七页，讲稿共五十七页哦六六.pH.pH值特性值特性o有机溶剂中的酶能够有机溶剂

32、中的酶能够“记忆记忆”在冷冻干燥或丙酮沉淀前所在缓冲液在冷冻干燥或丙酮沉淀前所在缓冲液中的中的PHPH，pHpH记忆，记忆，pHpH印记印记;o现象：脂肪酶催化三丁酸甘油与正庚醇的转酯反应，酶的现象：脂肪酶催化三丁酸甘油与正庚醇的转酯反应，酶的反应速度与其冷冻干燥前水溶液的的反应速度与其冷冻干燥前水溶液的的PHPH密切相关，反应的密切相关，反应的最适最适PHPH接近于水溶液中的最适接近于水溶液中的最适PHPHo原因：在有机溶剂中酶分子表面的必需水只要在特定的原因：在有机溶剂中酶分子表面的必需水只要在特定的PHPH和离子和离子强度下，酶分子活性中心周围的基因才能处于最佳的离子化状态强度下，酶分子

33、活性中心周围的基因才能处于最佳的离子化状态o检测：根据缓冲液中磷原子的核磁共振谱的变化核利用分子探针检测：根据缓冲液中磷原子的核磁共振谱的变化核利用分子探针技术，可以检测酶从缓冲液中冷冻干燥或有机溶剂沉淀后，转入技术，可以检测酶从缓冲液中冷冻干燥或有机溶剂沉淀后，转入吸水有机溶剂中的吸水有机溶剂中的PHPH第三十八页，讲稿共五十七页哦o在有机介质中酶所处的在有机介质中酶所处的pHpH环境与酶在冻干或吸附到载体上之前所使环境与酶在冻干或吸附到载体上之前所使用的缓冲液用的缓冲液pHpH值相同，称为值相同，称为pH-imprinting;pH-imprinting;o当酶分子从水溶液转移到有机介质时

34、，原有的解离状态不当酶分子从水溶液转移到有机介质时，原有的解离状态不变，被保持在有机介质中；变，被保持在有机介质中；o有机介质中酶催化反应的最适有机介质中酶催化反应的最适phph通常与在水溶液的通常与在水溶液的pHpH接近；接近；o但有些有机溶剂中酶的最但有些有机溶剂中酶的最PHPH与水溶液中相差较大，还与缓与水溶液中相差较大，还与缓冲液种类和离子强度有关冲液种类和离子强度有关;o可用有机相缓冲液可用有机相缓冲液(疏水性酸与对应盐或疏水性碱与对应盐）控疏水性酸与对应盐或疏水性碱与对应盐）控制酶的解离状态，消除酶制酶的解离状态，消除酶pHpH印记特性的影响；印记特性的影响；第三十九页，讲稿共五十

35、七页哦第四节第四节 有机介质中酶催化反应的有机介质中酶催化反应的条件及其控制条件及其控制o酶在有机介质中的催化反应受各种因素影响，酶在有机介质中的催化反应受各种因素影响，主要应控制的条件有主要应控制的条件有:酶的种类和浓度酶的种类和浓度底物的种类和浓度底物的种类和浓度有机溶剂的种类有机溶剂的种类水含量水含量温度温度pHpH离子强度离子强度第四十页，讲稿共五十七页哦一、有机介质中酶催化反应的类型一、有机介质中酶催化反应的类型1 1、合成反应、合成反应2 2、转移反应、转移反应3 3、醇解反应、醇解反应4 4、氨解反应、氨解反应5 5、异构反应、异构反应6 6、氧化还原反应、氧化还原反应7 7、裂

36、合反应、裂合反应go第四十一页，讲稿共五十七页哦1、合成反应、合成反应有机介质中水含量极微，可催化水解反应的逆反应；有机介质中水含量极微，可催化水解反应的逆反应；（1 1）脂肪酶或酯酶催化有机酸和醇进行酯的合成反应：）脂肪酶或酯酶催化有机酸和醇进行酯的合成反应：2）蛋白酶可在有机介质中催化氨基酸进行合成反应，生成多肽）蛋白酶可在有机介质中催化氨基酸进行合成反应，生成多肽第四十二页，讲稿共五十七页哦2、转移反应、转移反应o如脂肪如脂肪酶酶催化酯与有机酸反应生成另一种酯与有机酸催化酯与有机酸反应生成另一种酯与有机酸,即即转酯反应：转酯反应：back第四十三页，讲稿共五十七页哦3、醇解反应、醇解反应

37、o假单胞脂肪酶催化酸酐醇生成二酸单酯化合物假单胞脂肪酶催化酸酐醇生成二酸单酯化合物back第四十四页，讲稿共五十七页哦4、氨解反应、氨解反应如脂肪酶催化酯类进行不对称氨解反应：如脂肪酶催化酯类进行不对称氨解反应：R-R-苯丙氨酸甲酯苯丙氨酸甲酯酰胺酰胺叔丁醇叔丁醇第四十五页，讲稿共五十七页哦5、异构反应、异构反应o如消旋酶催化一种异构体为另一种异构体如消旋酶催化一种异构体为另一种异构体back第四十六页，讲稿共五十七页哦6、氧化还原反应、氧化还原反应o（1 1）单加氧）单加氧(linklink)o（2 2）双加氧）双加氧(linklink)o（3 3）催化醛类或酮类还原成醇类）催化醛类或酮类还

38、原成醇类(linklink)back第四十七页，讲稿共五十七页哦（1 1）单加氧）单加氧back第四十八页，讲稿共五十七页哦（2 2）双加氧）双加氧第四十九页，讲稿共五十七页哦（3 3）催化醛类或酮类还原成醇类）催化醛类或酮类还原成醇类第五十页，讲稿共五十七页哦7 7、裂合反应、裂合反应o如醇腈酶催化醛与氢氰酸的反应如醇腈酶催化醛与氢氰酸的反应back第五十一页，讲稿共五十七页哦第五节第五节 酶非水相催化的应用酶非水相催化的应用 第五十二页，讲稿共五十七页哦脂肪酶-位置选择性酯化反应 葡萄糖苷-6-O-酰基衍生物是一种可生物降解的非离子表面活性剂，它可以用脂肪酸和葡萄糖苷在脂肪酶催化下进行选择性酯化得到：第五十三页，讲稿共五十七页哦糖酯的合成糖酯的合成第五十四页，讲稿共五十七页哦脂肪酶脂肪酶-消旋化合物选择性酯化消旋化合物选择性酯化 以2-取代-1,3-丙二醇和脂肪酸为原料，在有机溶剂介质中用脂肪酶(CCL)或猪肝酯酶（PLE）催化酯化反应，可得到较高光学纯度的R-或S-酯。第五十五页，讲稿共五十七页哦脂肪酶脂肪酶-消旋化合物的拆分消旋化合物的拆分 有机介质中用脂肪酶(PSL)催化酯化用于-羟基-,-不饱和酯的拆分。可以避免副反应的发生。第五十六页，讲稿共五十七页哦感感谢谢大大家家观观看看第五十七页，讲稿共五十七页哦