第八章 非水相酶催化

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1、n第八章非水相酶催化n概述酶催化反应的介质n第一节有机介质中的酶促反应概述n第二节有机介质中酶促反应的条件n第三节有机介质对酶性质的影响n第四节有机介质中酶促反应应用举例n酶催化反应的介质n酶非水相催化的几种类型n酶非水相催化的几种类型n第一节有机介质中的酶促反应概述n一．有机相酶反应的优点：n二．有机相酶反应具备条件n三．有机相酶反应的研究进展n四．有机相酶反应的应用现状n一．有机相酶反应的优点：n1．有利于疏水性底物的反应。n2．可提高酶的热稳定性，扩大反应pH值的适应性。n3．可改变反应平衡移动方向,能催化在水中不能进行的反

2、应。Eg:脂肪酶在水中催化油脂水解，有机溶剂中催化酯化、转酯化、氨解多种反应。P179(2)n一．有机相酶反应的优点：n4．可控制底物专一性，可防止由水引起的副反应。Eg：酸酐的水解、氰醇的消旋化和酰基转移。P179(3)n5．酶易于实现固定化。n6．酶和产物易于回收。（低沸点溶剂更易分离纯化产物)n7．可避免微生物污染。n有机介质反应体系n一、非极性有机溶剂¾酶悬浮体系(微水介质体系)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

3、干状态、沉淀状态，或者吸附在固体载体表面上。n二、与水互溶的有机溶剂¾水单相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系中。n三、非极性有机溶剂¾水两相/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。n反应体系中水对酶催化反应的影响n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

4、物和反应产物的溶解度有关。n酶分子只有在空间构象完整的状态下，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）。n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。n二．有机相酶反应具备条件n1．保证必需水含量。n2．选择合适的酶及酶形式。n3．选择合适的溶剂及反应体系。n4．选择最佳pH值。n三．有机相酶反应的研究进展n1．超临界流体中的酶反应n2．仿水溶剂和印迹技术

5、n1．超临界流体中的酶反应n超临界流体的概念:n指温度和压力均在本身的临界点以上的高密度流体，具有和液体同样的凝聚力、溶解力；然而其扩散系数又接近于气体，是通常液体的近百倍。n超临界流体的有关性质n（1）超临界流体的P-V-T性质n超临界流体的有关性质n（2）所谓超临界CO2是指纯净的CO2被加热或压缩到高于其临界点（临界温度31.1℃，临界压力7.28Mpa)时的状态。该流体具有无毒、无臭、不燃等优点。n超临界流体的有关性质n（3）提高溶剂选择性的基本原则是：n第一：操作温度和超临界流体的临界温度接近；n第二：超临界流体的化学选

6、择和待分离溶质的化n学性质接近。n超临界流体萃取的应用实例n2．仿水溶剂和印迹技术n（1）仿水溶剂体系n（2）分子印迹技术n（1）仿水溶剂体系n原理:n可用二甲基甲酰胺（DMF），乙二醇，丙三醇等极性添加剂部分或全部替代系统中的辅助溶剂水，从而影响酶的活性和立体选择性。n应用举例：n通过适当地添加少量的DMF（二甲基酰胺），脂肪酶催化布洛芬与正丁醇酯化反应产物的得率从51%提高到91%，且反应活性也有所提高。n（2）分子印迹技术ne.g.1n当枯草杆菌蛋白酶从含有竞争性抑制剂（N-Ac-Tyr-NH2）的水溶液中冻干出来后，再将抑

7、制剂除去，该酶在辛烷中催化酯化反应的速度比不含抑制剂的水溶液中冻干出来的酶高100倍，但这样处理的酶在水溶液中其活性与未处理的酶相同。n分子印迹技术原理：n竞争性抑制剂诱导酶活性中心构象发生变化，形成一种高活性的构象形式，而此种构象形式在除去抑制剂后，因酶在有机介质中的高度刚性而得到保持。n酶蛋白分子在有机相中具有对配体的“记忆”功能。n第一节结束优点具备条件研究进展应用现状n第一节结束n点击返回n第二节有机介质中酶促反应的条件n一．必需水n二．酶的选择n三．溶剂及反应体系的选择n四．pH选择和离子强度的影响n一．必需水n概念：n

8、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。n一．必需水nn2．干燥的酶水合过程：n（1）与酶分子表面带电基团结合达到0-0.07g/g（水/酶）n（2）与表面的极性基团结合(0.07-0.25g/g)n（3）凝聚到表面相互作用较弱的部位