第八章非水酶催化(1)

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1、第8章：酶的非水相催化EnzymaticcatalysisinNon-aqueoussystemContentsofchapter81、酶非水相催化反应的研究概况2、水对非水相介质中酶催化的影响3、酶在有机介质中的催化特性4、有机介质中酶催化反应的条件及其控制GoGoGoGo5、酶非水相催化的应用Go第一节酶非水相催化反应的研究概况水是酶促反应最常用的反应介质。但对于大多数有机化合物来说，水并不是一种适宜的溶剂。因为许多有机化合物(底物)在水介质中难溶或不溶。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。是否存在非水介质能保证酶催化？？1984年，克利巴诺夫（Kliban

2、ov）等人在有机介质中进行了酶催化反应的研究，他们成功地在利用酶有机介质中的催化作用，获得酯类、肽类、手性醇等多种有机化合物，明确指出酶可以在水与有机溶剂的互溶体系中进行催化反应。Klibanov的实验酶非水相催化的几种类型有机介质中的酶催化有机介质中的酶催化是指酶在含有一定量水的有机溶剂中进行的催化反应。适用于底物、产物两者或其中之一为疏水性物质的酶催化作用。酶在有机介质中由于能够基本保持其完整的结构和活性中心的空间构象，所以能够发挥其催化功能。气相介质中的酶催化酶在气相介质中进行的催化反应。适用于底物是气体或者能够转化为气体的物质的酶催化反应。由于气体介质的密度低，扩散容易，因此酶在气相

3、中的催化作用与在水溶液中的催化作用有明显的不同特点。超临界介质中的酶催化酶在超临界流体中进行的催化反应。超临界流体是指温度和压力超过某物质超临界点的流体。离子液介质中的酶催化酶在离子液中进行的催化作用。离子液（ionicliquids）是由有机阳离子与有机（无机）阴离子构成的在室温条件下呈液态的低熔点盐类，挥发性低、稳定性好。酶在离子液中的催化作用具有良好的稳定性和区域选择性、立体选择性、键选择性等显著特点。热点：介质工程、溶剂工程改变反应介质来改变酶催化反应的选择性，从而达到人为的改变和控制酶的立体专一性。有机相酶反应的优点：1．有利于疏水性底物的反应，能催化在水中不能进行的反应2．可提高

4、酶的热稳定性.3．可改变反应平衡移动方向4.可控制底物专一性5.酶和产物易于回收。6.可避免微生物污染。第二节：水和有机溶剂对非水相介质中酶催化的影响不管采用何种有机介质反应体系，酶催化反应的介质中都含有机溶剂和一定量的水。它们都对催化反应有显著的影响。一、有机介质反应体系微水介质体系（研究最多，应用最广泛）用非极性有机溶剂取代所有的大量水，使固体酶悬浮在有机相中。但仍然含有必需的结合水以保持酶的催化活性(含水量一般小于2%)。酶的状态可以是结晶态、冻干状态、沉淀状态，或者吸附在固体载体表面上。与水互溶的有机溶剂组成的均一体系有机溶剂与水形成均匀的单相溶液体系。酶、底物和产物都能溶解在这种体

5、系中。与水不溶性有机溶剂组成的两相或多相体系由含有溶解酶的水相和一个非极性的有机溶剂(高脂溶性)相所组成的两相体系。（正）胶束体系胶束又称为正胶束或正胶团，是在大量水溶液中含有少量与水不相溶的有机溶剂，加入表面活性剂后形成的水包油的微小液滴。表面活性剂的极性端朝外，非极性端朝内，有机溶剂包在液滴内部。反应时，酶在胶束外面的水溶液中，疏水性的底物或产物在胶束内部。反应在胶束的两相界面中进行。反胶束体系又称反胶团，是指在大量与水不相混溶的有机溶剂中，含有少量的水溶液，加入表面活性剂后形成的油包水的微小液滴。表面活性剂的极性端朝内，非极性端朝外，水溶液包在胶束内部。反应时，酶分子在反胶束内部的水溶

6、液中，疏水性底物或产物在反胶束外部，催化反应在两相的界面中进行。反应体系对酶酯化反应的影响反应体系含1-三甲基硅-1-乙醇10mM，戊酸10mM，内标正十五烷，脂肪酶50mg，30℃，120rpm条件下振荡反应1：水饱和正已烷10ml，2∶pH7.2缓冲液5ml+正已烷10ml二、水对有机介质中酶催化的影响酶都溶于水，只有在一定量的水存在的条件下，酶分子才能进行催化反应。所以酶在有机介质中进行催化反应时，水是不可缺少的成分之一。有机介质中的水含量多少对酶的空间构象、酶的催化活性、酶的稳定性、酶的催化反应速度等都有密切关系，水还与酶催化作用的底物和反应产物的溶解度有关。酶分子只有在空间构象完整

7、的状态下，才具有催化功能。在无水的条件下，酶的空间构象被破坏，酶将变性失活。故此，酶分子需要一层水化层，以维持其完整的空间构象。维持酶分子完整的空间构象所必需的最低水量称为必需水（essentialwater）。有机介质中水的含量对酶催化反应速度有显著影响。存在最适水含量。1、水对酶分子空间构象的影响必需水：紧紧吸附在酶分子表面，维持酶催化活性所必需的最少量水称为必需水。维持酶分子结构中氢键、盐键等副键所必需