《酶非水相催化》PPT课件

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1、第七章酶非水相催化观念的改变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。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（non-aqueousenzymology)。第一节酶非水相催化的研究概况受非水介质的影响，其催化特性与在水相中不同。酶的非水相催化主要包括:一、有机介质中的酶催化；二、气相介质中的酶催化；三、超临界流体介质中的酶催化；四、离子液介质中的酶催化一、有机介质中的酶催化指酶在含有一定量水的有机溶剂中进行的催化反应。适用范围:底物、产物两者或其一为疏水性物质的酶催化作用。原因:酶在有机介质中基本能保持结构的完整。特性:酶的底

2、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。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。二、气相介质中的酶催化指酶在气相介质中进行的催化反应。适用范围：底物是气体或能转化为气体的物质的酶催化反应。特性：气体介质的密度低，扩散容易，与在水相中明显不同。三、超临界流体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的超临界点的流体。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。常用的超临界流体有：CO2,SO2C2H4,C2H6C3H8C4H10等。四、离子液介质中的酶催化

3、指酶在离子液中进行的催化作用。离子液(Ionicliquid)是由有机阳离子与有机（无机）阴离子构成的、在室温下呈液态的低熔点盐类，挥发性低，稳定性好。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。第二节有机介质中水和有机溶剂对酶催化反应的影响1、微水介质体系；2、与水溶性有机溶剂组成的均一体系；3、与水不溶性有机溶剂组成的两相或多相体系；4、（正）胶束体系；5、反胶束体系。一、有机介质反应体系1、微水介质体系是由有机溶剂和微量的水组成的反应体系。微量的水主要是酶分子的结合水,对维持酶分子空间构象和催化活性至关重要。另一部分水分配在有机溶剂中。酶以冻干粉或固定化酶

4、的形式悬浮于有机介质中，是常见的有机反应体系。2、与水溶性有机溶剂组成的均一体系由水与极性较大的有机溶剂互相混溶组成的反应体系。水与有机剂含量均较大。适用的酶较少。3、与水不溶性有机溶剂组成的两相或多相体系由水和疏水性较强的有机溶剂组成的两相或多相反应体系；游离酶、亲水性底物或产物溶解于水相，疏水性底物或产物溶解于有机溶剂相。固定化酶在界面；催化反应在两相界面进行；适于底物或产物两者或其中一种属于疏水化合物的催化反应。4、正胶束体系大量水溶液中含有少量与水不相混溶的有机溶剂，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,有机溶剂被包在液滴内部。酶在胶束外

5、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。5、反胶束体系反胶束:在与水不互溶的大量有机溶剂中,加入表面活性剂后形成的油包水的微小水滴；1997年首次报道酶在反相胶束中具有活性(已发现40多种酶)；酶分子处在反胶束内，稳定性好；反胶束与生物膜有相似之处，适用于处在生物膜表面或与膜结合的酶的结构、催化特性和动力学性质的研究。二、水对有机介质中酶催化的影响有机溶剂中酶的催化活力与反应系统的含水量密切相关。系统含水量:结合水(酶粉水合、固定载体和其他杂质)、游离水(溶于有机溶剂)与酶结合的水量是影响酶的活力、稳定性以及专一性的决定因素1、水对酶分子空间构象的影响无

6、水下酶空间构象被破坏,故需一层水化层;必需水:维持酶分子完整空间构象所必需的最低水量;不同的酶所需求的必需水的量差别较大;每分子凝乳蛋白酶只需50分子的水，每分子多酚氧化酶却需3.5×102个水分子原因:必需水是维持酶分子结构中氢键、盐键等副键所必需的。2.水对酶催化反应速度的影响典型的非水酶体系中水含量通常只占0.01%，但其微小差距会导致酶催化活力的较大改变。水影响蛋白质结构的完整性、活性位点的极性和稳定性。三、有机溶剂对有机介质中酶催化的影响直接或间接影响酶的活性和稳定性。改变酶的特异性（底物特异性、立体选择性、前手性选择性等）。通过与水、酶、底物和产物的相互作用来影响酶的特性。

7、1.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，较好地保持其构象；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不同。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；（1）有机溶剂对结合水的影响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。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。提高酶分子的亲水性，可以限制酶在有机溶剂中的脱水作