有機(jī)介質(zhì)中的酶反應(yīng)

1、第十章 有機(jī)介質(zhì)中的酶反應(yīng),一、有機(jī)介質(zhì)中的酶促反應(yīng)概述 （一）有機(jī)相酶反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn) 1有利于疏水性底物的反應(yīng)。 2可提高酶的熱穩(wěn)定性。 3能催化在水中不能進(jìn)行的反應(yīng)。 4可改變反應(yīng)平衡移動(dòng)方向。 5可控制底物專一性。 6可防止由水引起的副反應(yīng)。 7可擴(kuò)大反應(yīng)pH值的適應(yīng)性。 8酶易于實(shí)現(xiàn)固定化。 9酶和產(chǎn)物易于回收。 10可避免微生物污染,二）有機(jī)相酶反應(yīng)具備條件 1保證必需水含量。 2選擇合適的酶及酶形式。 3選擇合適的溶劑及反應(yīng)體系。 4選擇最佳pH值。 （三）有機(jī)相酶反應(yīng)的研究進(jìn)展 1 超臨界流體中的酶反應(yīng) 2 仿水溶劑和印跡技術(shù),二、有機(jī)介質(zhì)中酶促反應(yīng)的條件 1必需水 2酶的選擇 3溶

2、劑及反應(yīng)體系的選擇 4pH選擇和離子強(qiáng)度的影響,一）必需水 1、概念 緊緊吸附在酶分子表面，維持酶催化活性所必需的最少量水,二）影響酶反應(yīng)體系中需水含量的因素 a不同酶需水量不同。 b. 同一種酶在不同有機(jī)溶劑中需水量不同，溶劑疏水性越強(qiáng)，需水量越少,二）酶的選擇 1、酶種類的選擇：脂肪酶、蛋白酶、次黃嘌呤氧化酶、過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶等。除與酶有關(guān)，還與酶-底物、產(chǎn)物-溶劑間關(guān)系有關(guān)。 2、酶形式的選擇 （1）酶粉 例如：有人研究a-胰凝乳蛋白酶在酒精中轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)催化活性隨反應(yīng)體系中酶量的減少而顯著增加。 （2）化學(xué)修飾酶 例如：SOD酶經(jīng)糖脂修飾后變成脂溶性，它對(duì)溫度、pH、蛋白酶水解

3、的穩(wěn)定性均高于天然SOD。 （3）固定化酶 把酶吸附在不溶性載體上（如硅膠、硅藻土、玻璃珠等）制成固定化酶，其對(duì)抗有機(jī)介質(zhì)變性的能力、反應(yīng)速度、熱穩(wěn)定性等都可提高,三）溶劑及反應(yīng)體系的選擇 水溶性有機(jī)溶劑：甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、甘油、丙酮、乙晴等 水不溶性的有：石油醚、己烷、庚烷、苯、甲苯、四氯化碳、氯仿、乙醚、戊醚等 酶促反應(yīng)有機(jī)介質(zhì)體系： （1） 單相共溶劑體系（水/水溶性有機(jī)熔劑） （2） 兩相體系（水/水不溶性有機(jī)溶劑） （3） 低水有機(jī)溶劑體系（有機(jī)溶劑體系） （4） 反膠束體系,反膠束體系概念 表面活性劑分散于連續(xù)有機(jī)相中自發(fā)形成的納米尺度的一種聚集體。反膠束溶液是透明的熱力學(xué)

4、穩(wěn)定的系統(tǒng)。 表面活性劑：表面活性劑是由親水憎油的極性基團(tuán)和親油憎水的非極性基團(tuán)兩部分組成的兩性分子。在有機(jī)相酶反應(yīng)中用得最多的是陰離子表面活性劑：AOT(AerosolOT)，其化學(xué)名為丁二酸-2-乙基酯磺酸鈉,有機(jī)溶劑影響酶催化的方式 （1）有機(jī)溶劑能通過(guò)直接與酶相互作用引起抑制或失活 A 增大酶反應(yīng)的活化能來(lái)降低酶反應(yīng)速度。 B 降低中心內(nèi)部極性并加強(qiáng)底物與酶之間形成的氫鍵，使酶活性下降。 C 酶三級(jí)結(jié)構(gòu)變化，間接改變酶活性中心結(jié)構(gòu)影響失活。 （2）有機(jī)溶劑與擴(kuò)散的底物或產(chǎn)物相互作用而影響酶活 （3）有機(jī)溶劑直接與酶附近的必需水相互作用,四）pH選擇和離子強(qiáng)度的影響 （1）pH選擇：在有

5、機(jī)溶劑的環(huán)境中，不會(huì)發(fā)生質(zhì)子化及脫質(zhì)子化的現(xiàn)象。酶在水相的pH值可在有機(jī)相中保持，同一種酶不同來(lái)源，對(duì)pH值敏感程度大不相同。 （2）離子強(qiáng)度影響 隨凍干時(shí)用的緩沖溶液離子強(qiáng)度增大，酶活會(huì)增大,三、有機(jī)介質(zhì)對(duì)酶性質(zhì)的影響 1、穩(wěn)定性 2、活性 3、專一性 4、反應(yīng)平衡方向,1、穩(wěn)定性 （）熱穩(wěn)定性提高 （）儲(chǔ)存穩(wěn)定性提高,結(jié)論：在低水有機(jī)溶劑體系中，酶的穩(wěn)定性與含水量密切相關(guān)；一般在低于臨界含水量范圍內(nèi)，酶很穩(wěn)定；含水量超出臨界含水量后酶穩(wěn)定性隨含水量的增加而急劇下降,2、活性 剛-柔并存 剛性：生物大分子結(jié)構(gòu)的精確性 柔性：生物大分子局部區(qū)域具有一定的可運(yùn)動(dòng)性。 （1）單相共溶劑體系中，有機(jī)

6、溶劑對(duì)酶活性影響 1）有機(jī)溶劑直接作用于酶。 2）有些酶的活性會(huì)隨著某些有機(jī)溶劑濃度升高而增大，在某一濃度（最適濃度）達(dá)到最大值；若濃度再升高，則活性下降。 （2）低水有機(jī)溶劑體系中，大部分酶活性得以保存，但也有某些酶活性亦變化。 例 有人對(duì)吸附在不同載體上的胰凝乳蛋白酶或乙酸脫氫酶在各種水活度下的酶活性研究表明，酶活性隨水活度大小而變化，在一定水活度下，酶活性隨載體不同而變化,3）在反向微團(tuán)體系中，微團(tuán)效應(yīng)使某些酶活性增加 超活性：凡是高于水溶液中所得酶活性值的活性稱為超活性（Super-activity）。 認(rèn)為：超活性是由圍繞在酶分子外面的表面活性劑這一外殼之較大剛性所引起。 根據(jù) ：

7、1）微團(tuán)水化程度（W）（W=H2O/表面活性劑）的最佳值和酶活性的最大值呈正相關(guān) 2）W值最佳時(shí)，微團(tuán)內(nèi)徑總是相當(dāng)于被包裹的酶分子直徑。 3、專一性 某些有機(jī)介質(zhì)可能使某些酶的專一性發(fā)生變化，這是酶活性中心構(gòu)象剛性增強(qiáng)的結(jié)果。 有些在水中不能實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)途徑，在有機(jī)介質(zhì)中卻成為主導(dǎo)反應(yīng),酶活性喪失的可能原因,4、反應(yīng)平衡方向,四、有機(jī)介質(zhì)中酶催化的應(yīng)用,1、手性藥物的拆分 概念： 手性化合物是指化學(xué)組成相同，而其立體結(jié)構(gòu)互為對(duì)映體的兩種異構(gòu)體化合物。 手性藥物兩種對(duì)映體的藥效差異 （1）一種有顯著療效，另一種有療效弱或無(wú)效 （2）一種有顯著療效，另一種有毒副作用 （3）兩種對(duì)映體的藥效相反 （4

8、）兩種對(duì)映體具有各自不同的藥效 （5）兩種消旋體的作用具有互補(bǔ)性,手性藥物的拆分方法 分為：非生物法、生物法 非生物法（機(jī)械分離法、形成和分離對(duì)映體異構(gòu)法、色譜分離法、動(dòng)力學(xué)拆分） 生物拆分法原理 實(shí)質(zhì)即兩個(gè)對(duì)映體競(jìng)爭(zhēng)酶的同一個(gè)活性中心位置，兩者的反應(yīng)速率不同，產(chǎn)生選擇性，從而使反應(yīng)產(chǎn)物具有光學(xué)活性,青霉素酰化酶及其催化作用：利用其底物專一性及對(duì)映體的選擇性進(jìn)行光學(xué)異構(gòu)體的合成與拆分,2、手性高分子聚合物的制備 (1) 可生物降解的聚酯的合成 (2) 糖脂的合成 3、酚樹(shù)脂的合成 如辣根過(guò)氧化物酶在二氧六環(huán)與水混溶的均一介質(zhì)體系中，可以催化苯酚等酚類物質(zhì)聚合，生成酚類聚合物。 4、導(dǎo)電有機(jī)聚合

9、物的合成 如辣根過(guò)氧化物酶可以在與水混溶的有機(jī)介質(zhì)（如丙酮、乙醇、二氧六環(huán)等）中，催化苯胺聚合生成聚苯胺。 5、發(fā)光有機(jī)聚合物的合成 如辣根過(guò)氧化物酶可以在有機(jī)介質(zhì)中催化對(duì)苯基苯酚合成聚對(duì)苯基苯酚，將這種聚合物制成二極管，可以發(fā)出藍(lán)光。 6、食品添加劑的生產(chǎn) 如利用芳香醛脫氫酶生成香蘭素,7、甾體轉(zhuǎn)化 如可的松轉(zhuǎn)化為氫化可的松的酶促反應(yīng)，在水-乙酸丁酯或水-乙酸乙酯組成的系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)化率高達(dá)100%和90%。 8、生物能源 如生物柴油,1、非水相酶學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域包括哪些方面？ 2、常見(jiàn)的非水相酶學(xué)反應(yīng)體系有哪些？ 3、名詞：反相膠束體系、對(duì)映體特異性、潛手性特異性、位置特異性、化學(xué)鍵特異性、pH記憶、疏水參數(shù) 4、反相膠束體系作為反應(yīng)介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)？為什么？ 5、非水相酶促反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)？ 6、酶在非水相環(huán)境中保持活性，原因是什么？如何解釋？ 7、非水相環(huán)境對(duì)酶的熱穩(wěn)定性有什么影響？為什么？ 8、