《酶的非水相催化》PPT课件

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1、Chapter10EnzymaticcatalysisinNon-aqueoussystem酶的非水相催化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（Klibanov）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

2、的互溶体系中进行催化反应。1984年，克立巴诺夫等人在有机介质中进行了酶催化反应的研究，他们成功的利用酶在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；也可以在水和有机溶剂组成的双液相体系中进行催化反应；还可以在只含有微量水的有机溶剂，又称微水介质中进行催化反应。这些结果表明，只要条件适合，酶可以在有机介质催化疏水性底物进行反应转化为产物。使酶在非水介质中的催化作用研究取得了突破性的进展。人们对有机介质中酶的催化作用进行了许多研究表明酯酶、脂肪酶、蛋白酶

3、、纤维素酶、淀粉酶等水解酶，过氧化氢酶、过氧化物酶、醇脱氢酶、胆固醇氧化酶、多酚氧化酶、细胞色素氧化酶等氧化还原酶以及醛缩酶等转移酶中的十几种酶都可以在适当的有机溶剂中起催化作用。而且酶在有机介质中的热稳定比在水溶液中显著提高。近20年来，酶在非水相介质，特别是有机介质中的催化反应受到重视，发展很快。在理论上进行了非水相介质中酶的结构和功非水介质中酶的作用机制，非水相介质中酶催化作用动力学等方面的研究，初步建立起非水酶学的理论体系。并进行了非水介质中，特别是在有机介质中酶催化作用的运用研究，利用酶在有机介质中的催化作用进行

4、多肽、酯类等的生产，在淄体转化，功能高分子的合成，手性药物的拆分等方面均取得显著成果。Contentsofchapter1010.1非水介质酶学基础10.1.1非水介质体系与非水相生物酶学特点10.1.2非水介质中酶的结构与性质10.1.3水在酶催化反应中的作用10.1.4有机溶剂对酶催化反应的影响10.1.5有机溶剂对酶促反应动力的的影响10.2非水介质中酶催化反应与应用10.1非水介质酶基础10.1.1非水介质体系与非水相生物酶学的特点有机溶剂系统(organicsolvents)超临界流体体系(supercritic

5、alfluids)气相体系(gases)低共熔混合体系(eutecticmixtures)生物催化反应的非水介质体系：（1）水不互溶有机溶剂单向体系有机溶剂单向体系是指用水不互溶的有机溶剂取代几乎所有的水，即有机溶剂含量》98%，有机溶剂中含有微量水《2%，固相酶分散在单项的有机溶剂中形成颗粒。虽然宏观地看在此体系中酶是干的状态，但是其表面必须有能保证酶的催化活性的残余的结合水。（2）水互溶有机溶剂单相体系水互溶有机溶剂单相体系是指由水和与水互溶的有机溶剂组成的反应体系，酶、底物、产物均匀溶解于该体系中。这种反应体系主要适

6、用于在单一水溶液中溶解度很低、反应速度也很慢的亲脂性底物的生物转化。有些酶在水-有机溶剂单相体系中反应选择性会增加。（3）水-有机溶剂两相体系水-有机溶剂两相体系是指由水相和非极性有机溶剂相组成的宏观上分相的反应体系。底物和产物溶解于有机相中，酶溶解于水相中，有机相一般为非极性的、亲脂性的溶剂。在空间上酶与有机溶剂的分离可保证酶不直接与有机溶剂接触而处于事宜的水相环境中，水相中有限的有机溶剂会大大降低对酶的抑制作用，同时，反应中产物及时转移将促进反应有利于产物生成的方向进行。（4）反相胶束体系反相胶束体系是指表面活性剂与少

7、量水存在的有机溶剂体系。表面活性剂分子式有疏水性尾部和亲水性头部两部分组成，在含水的有机溶剂中，它们疏水性基团与有机溶剂接触，而亲水性头部形成极性内核，从而组成一个反相胶束，水分子聚集在反相胶束内核中形成小水池，里面容纳了酶分子。反胶束体系：是表面活性剂分散于连续有机相中自发形成的纳米尺度的一种聚集体。反胶束溶液是透明的热力学稳定的系统。反胶束体系的制备（5）超临界流体体系除了亲脂性有机溶剂外，超临界气体，如二氧化碳、氟利昂湖泊无机化合物等都可以作为酶催化亲脂性底物的溶剂，酶在这些溶剂中就像在亲脂性有机溶剂中一样稳定。超临

8、界气体对多数酶都能适用，酶催化的酯化、转脂、醇解、水解、羟化等反应都可在此体系中进行。（6）低共熔混合体系低共熔酶促反应是继有机相没促反应基础上发展起来的新的酶促反应技术。低共熔状态是由两种或多种固体化合物混合而得到的具有一个最低共熔点的状态，在低共熔固-固体系中进行的酶促反应的特点是靠反应底物形成低共