第七講 酶的非水相催化

第七講酶的非水相催化第1頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講酶的非水相催化教學(xué)目標(biāo)：了解非水相中酶催化研究概況和反膠束體系的酶學(xué)研究情況理解酶在有機(jī)介質(zhì)中催化的反應(yīng)的具體應(yīng)用掌握酶在有機(jī)介質(zhì)中的催化特性教學(xué)重點(diǎn)：

酶非水相中酶催化的影響因素、催化特性以及應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)：

有機(jī)介質(zhì)中水和有機(jī)溶劑對(duì)酶催化反應(yīng)的影響第2頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七講酶的非水相催化

7.1、酶催化反應(yīng)的介質(zhì)7.2、有機(jī)介質(zhì)反應(yīng)體系7.3、有機(jī)介質(zhì)反應(yīng)體系影響因素7.4、酶在有機(jī)介質(zhì)中的催化特性GoGoGoGo7.5、有機(jī)介質(zhì)中酶催化反應(yīng)的條件及其控制Go7.6、酶非水相催化的應(yīng)用Go第3頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.1酶催化反應(yīng)的介質(zhì)水是酶促反應(yīng)最常用的反應(yīng)介質(zhì)！但對(duì)于大多數(shù)有機(jī)化合物來說，水并不是一種適宜的溶劑。因?yàn)樵S多有機(jī)化合物(底物)在水介質(zhì)中難溶或不溶。由于水的存在，往往有利于如水解、消旋化、聚合、分解等副反應(yīng)的發(fā)生。是否存在非水介質(zhì)能保證酶催化呢？1984年，克利巴諾夫（Klibanov）等人在“Science”上報(bào)道在有機(jī)介質(zhì)中進(jìn)行了脂肪酶催化反應(yīng)的研究，成功地在利用酶有機(jī)介質(zhì)中的催化作用獲得酯類、肽類、手性醇等多種有機(jī)化合物，明確指出酶可以在水與有機(jī)溶劑的互溶體系中進(jìn)行催化反應(yīng)。？第4頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月酶非水相催化：酶在非水介質(zhì)中的催化作用。20多年來，科技工作者對(duì)酶在非水相介質(zhì)中催化反應(yīng)研究十分活躍，并取得突破性進(jìn)展。在理論上進(jìn)行了非水介質(zhì)（包括有機(jī)溶劑、超臨界介質(zhì)、氣體介質(zhì)、離子液介質(zhì)等）中的酶的結(jié)構(gòu)和功能、酶的作用機(jī)制以及酶的催化動(dòng)力學(xué)等方面的研究，初步建立起非水相催化的理論體系。非水相介質(zhì)中的酶催化作用的應(yīng)用研究也取得了顯著成果，例如利用脂肪酶在非水介質(zhì)中改良油脂等方面的工業(yè)化應(yīng)用。第5頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月酶非水相催化的新特性和優(yōu)勢(shì)：催化水不溶性化合物的轉(zhuǎn)化，使酶的作用底物范圍大大拓寬改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)，使水溶液中不能發(fā)生的反應(yīng)向所期望的方向進(jìn)行，催化水解反應(yīng)的酶可催化合成反應(yīng)的進(jìn)行酶在有機(jī)溶劑中由于水分子的減少，象表現(xiàn)出比水溶液中更具有“剛性”特點(diǎn)，減少或防止由水引起的副反應(yīng)酶的熱穩(wěn)定性大大提高，反應(yīng)后易于回收和重復(fù)利用可避免長(zhǎng)期反應(yīng)中的微生物污染可方便地利用對(duì)水分敏感的底物進(jìn)行反應(yīng)可擴(kuò)大pH值的適應(yīng)性當(dāng)使用揮發(fā)性溶劑作為介質(zhì)時(shí)反應(yīng)后的分離過程能耗降低第6頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月酶非水相催化的類型：1、有機(jī)介質(zhì)中的酶催化2、氣相介質(zhì)中的酶催化3、超臨界介質(zhì)中的酶催化4、離子液介質(zhì)中的酶催化第7頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、有機(jī)介質(zhì)中的酶催化指酶在含有一定量水的有機(jī)溶劑中進(jìn)行的催化反應(yīng)。適用對(duì)象：底物、產(chǎn)物兩者或其中之一為疏水性物質(zhì)應(yīng)用：生產(chǎn)多肽、酯類、功能性大分子、手性藥物的拆分優(yōu)點(diǎn)：有機(jī)底物在有機(jī)溶劑中有較大的溶解度酶的熱穩(wěn)定性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性比水中明顯提高使某些反應(yīng)過程的熱力學(xué)可以向期望的方向移動(dòng)可以發(fā)生水溶液中不可能進(jìn)行的反應(yīng)，如脂肪酶催化酯交換和酯合成反應(yīng)等表現(xiàn)出比水溶液中更具有“剛性”特點(diǎn)；酶不溶于有機(jī)溶劑，利于酶的回收與再利用由于有機(jī)溶劑的存在，水量減少，大大降低了許多需要水參與的副反應(yīng)（酸酐的水解、氰醇的消旋化和?；D(zhuǎn)移）第8頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展：用酶催化轉(zhuǎn)酯反應(yīng)拆分外消旋體得高光學(xué)純度對(duì)應(yīng)體在酶促反應(yīng)體系中添加?-糊精可提高對(duì)映體的純度枯草溶菌素有效催化合成氨基酸及肽的轉(zhuǎn)酯等楊波等提出了有機(jī)溶劑中在脂肪酶的催化作用下含手性中心碳原子的胺類化合物酰胺化的異構(gòu)選擇性規(guī)則李志遠(yuǎn)等用胰脂酶在有機(jī)介質(zhì)中催化反應(yīng)得到高光學(xué)純度的2-氨基丙醇（R-）和（S+）對(duì)映體宗敏華等探討了超聲輻射對(duì)有機(jī)相中脂肪酶催化有機(jī)硅醇與脂肪酸反應(yīng)的促進(jìn)作用劉平等研究了有機(jī)溶劑中酶催化合成五肽前體的反應(yīng)第9頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、氣相介質(zhì)中的酶催化酶在氣相介質(zhì)中進(jìn)行的催化反應(yīng)。適用對(duì)象：底物是氣體或者能夠轉(zhuǎn)化為氣體的物質(zhì)由于氣體介質(zhì)的密度低，擴(kuò)散容易，因此酶在氣相中的催化作用與在水溶液中的催化作用有明顯的不同特點(diǎn)，但是這方面的研究并不多。第10頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、超臨界介質(zhì)中的酶催化酶在超臨界流體中進(jìn)行的催化反應(yīng)。超臨界流體：指物質(zhì)狀態(tài)超過臨界點(diǎn)后的流體。超臨界流體的物理特性和傳質(zhì)特性通常介于液體和氣體之間：黏度大大低于液體的黏度，接近氣體的黏度，有利于物質(zhì)的擴(kuò)散擴(kuò)散系數(shù)接近于氣體，通常是液體的近百倍，可迅速滲透到物體的內(nèi)部而溶解目標(biāo)物質(zhì)，快速達(dá)到萃取平衡應(yīng)用：酯化、酯交換、醇解、水解、氧化反應(yīng)第11頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月常用的超臨界流體有CO2、C2H4、SO2、C2H6、C3H8、C4H10等。常用的超臨界流體以CO2最為常見，主要由于它臨界條件溫和，利于酶保持生物活性。但也有人認(rèn)為對(duì)某些酶促反應(yīng)CO2也不是一種良好的溶劑：因?yàn)樗欠菢O性的，對(duì)極性底物的溶解度較低不利于反應(yīng)進(jìn)行可以改變酶周圍微水環(huán)境的酸度與酶蛋白表面的自由氨基酸生成共價(jià)絡(luò)合物而降低酶的活性第12頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月超臨界介質(zhì)酶催化的特點(diǎn)：改變酶的底物專一性區(qū)域選擇性和對(duì)映體選擇性，增強(qiáng)酶的穩(wěn)定性對(duì)酶的結(jié)構(gòu)沒有破壞作用，對(duì)催化作用沒有明顯的不良影響具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)設(shè)備沒有腐蝕性超臨界溫度不能太高太低，最好在室溫附近或在酶催化的最適溫度附近超臨界壓力不能太高，可節(jié)約壓縮動(dòng)力費(fèi)用超臨界流體要容易獲得，價(jià)格便宜第13頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、離子液介質(zhì)中的酶催化酶在離子液中進(jìn)行的催化作用離子液（ionicliquids）是由有機(jī)陽(yáng)離子與有機(jī)（無機(jī)）陰離子構(gòu)成的在室溫條件下呈液態(tài)的低熔點(diǎn)鹽類，揮發(fā)性低、穩(wěn)定性好。

如1,3-二烷基咪唑類和N-烷基吡啶類。特點(diǎn)：離子液沒有可觀蒸汽壓，揮發(fā)性低具有良好的熱穩(wěn)定性、區(qū)域選擇性、立體選擇性及鍵選擇性可以調(diào)節(jié)離子液的極性、疏水性和溶解性能，能溶解多種混合物，與多種溶劑組成兩相體系第14頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月研究情況：Magnuson等研究表明硝酸乙基胺（體積分?jǐn)?shù)為10%）對(duì)從E.coli中提取堿性磷酸脂肪酶具有活化作用Erbeldinger報(bào)道了嗜熱菌蛋白酶在1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸中轉(zhuǎn)化率可達(dá)40%Sheldon等研究表明南極洲假絲酵母脂肪酶B在離子液PF6

、BF4中跟有和傳統(tǒng)有機(jī)溶劑有相同的催化速率第15頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié)：在酶的非水相催化中，研究最多的非水介質(zhì)是有機(jī)溶劑。研究表明酶在適宜的有機(jī)溶劑中具有與水中可比的催化活性：水解酶：氧化還原酶：轉(zhuǎn)移酶：酯酶、脂肪酶、蛋白酶、纖維素酶、淀粉酶等過氧化氫酶、過氧化物酶、醇脫氫酶、膽固醇氧化酶、多酚氧化酶、細(xì)胞色素氧化酶等醛縮酶第16頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.2、有機(jī)介質(zhì)反應(yīng)體系1、非極性有機(jī)溶劑—酶懸浮體系2、與水互溶的有機(jī)溶劑-水單相均一體系3、非極性有機(jī)溶劑—水兩相/多相體系4、膠束體系(微水介質(zhì)體系)正膠束體系反膠束體系不管采用何種有機(jī)介質(zhì)反應(yīng)體系，酶催化反應(yīng)的介質(zhì)中都含有機(jī)溶劑和一定量的水，都對(duì)催化反應(yīng)有顯著的影響。

第17頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、非極性有機(jī)溶劑—酶懸浮體系(微水介質(zhì)體系)用非極性有機(jī)溶劑取代所有的大量水，使固體酶懸浮在有機(jī)相中，但仍然含有必需的結(jié)合水以保持酶的催化活性(含水量一般小于2%)酶的狀態(tài)為結(jié)晶態(tài)、凍干狀態(tài)、沉淀狀態(tài)或者吸附在固體載體表面上第18頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、與水互溶的有機(jī)溶劑-水單相均一體系有機(jī)溶劑與水形成均勻的單相溶液體系，酶、底物和產(chǎn)物都能溶解在這種體系中。由于極性大的有機(jī)溶劑對(duì)一般沒的催化活性影響較大，所以能該反應(yīng)體系中進(jìn)行催化反應(yīng)的酶較少。主要研究集中在辣根過氧化物酶在此均一體系中催化酚類底物聚合生成聚酚或聚胺類物質(zhì)，這些物質(zhì)主要用于環(huán)保膠黏劑、導(dǎo)電聚合物和發(fā)光聚合物等功能材料的研究開發(fā)。第19頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、非極性有機(jī)溶劑—水兩相/多相體系由含有溶解酶的水相和一個(gè)非極性的有機(jī)溶劑(高脂溶性)相所組成的兩相體系。游離酶、親水性底物或產(chǎn)物溶解于水相，疏水性底物或產(chǎn)物溶解于有機(jī)相。如果采用固定化酶，則以懸浮形式存在于兩相的界面，催化反應(yīng)通常在兩相的界面進(jìn)行。一般適用于底物或者產(chǎn)物兩者或其中一種屬于疏水性化合物的催化反應(yīng)。第20頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、膠束體系

膠束也稱為正膠束或正膠團(tuán)，是在大量水溶液中含有少量與水不相混溶的有機(jī)溶劑，加入表面活性劑后形成的水包油(0／W)的微小液滴。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，既能溶解水溶性物質(zhì)又能增溶疏水性物質(zhì)。正膠束是通過表面活性劑的極性端朝外與水結(jié)合，非極性端朝內(nèi)，有機(jī)溶劑包在液滴內(nèi)部，形成一個(gè)非極性的核心形成，如圖(a)所示。正膠束體系中水相是連續(xù)相，有機(jī)相(油相)是分散相。酶催化反應(yīng)時(shí)，酶在膠束外面的水溶液中，疏水性的底物或產(chǎn)物在膠束內(nèi)部，反應(yīng)在膠束的兩相界面中進(jìn)行。反膠束是由水／表面活性劑／有機(jī)溶劑所組成的低水含量的油包水(W／O)微乳液。它是一個(gè)宏觀均勻、微觀多相的熱力學(xué)穩(wěn)定體系，該體系是一種兩親介質(zhì)，既能溶解水溶性物質(zhì)又能增溶疏水性物質(zhì)，其中有機(jī)相(簡(jiǎn)稱油相)是連續(xù)相，水相是分散相，油相與水相之間通過表面活性劑單分子層隔開形成球狀的反膠束微粒，如圖(b)所示。

第21頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分析反膠束體系應(yīng)用較廣的原因？反膠束體系中表面活性劑的極性端朝內(nèi)，非極性端朝外，與非極性的有機(jī)溶劑接觸，從而形成一個(gè)極性核心，水溶液包在膠束核心內(nèi)部，酶分子在反膠束內(nèi)部的水溶液中，也有的附著于反膠束內(nèi)膜上，有的甚至部分伸入膜中。當(dāng)酶在其中起催化作用時(shí)活性保持不變，同時(shí)包埋于反膠束中的酶，不僅避免了與周圍有機(jī)溶劑直接接觸而可能導(dǎo)致的失活高度分散的反膠束提供了巨大的相界面積，使得通過反膠束內(nèi)外間的傳質(zhì)阻力變得很小，特別是當(dāng)產(chǎn)物為非水溶性時(shí)，其一經(jīng)形成即轉(zhuǎn)入有機(jī)相而遠(yuǎn)離酶，可有效地減弱其對(duì)反應(yīng)的抑制第22頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反膠束體系①溶劑：非極性有機(jī)溶劑，常用的是六碳以上的直鏈及支鏈烷烴、部分芳香族化合物及鹵代烷烴（辛烷、氯仿、二乙醚），其中正辛烷或異辛烷用得最多②表面活性劑：陽(yáng)離子型(CTAB：溴化十六烷基三甲基胺)陰離子型(AOT：2-乙基己基-琥珀酸酯磺酸鈉)非離子型（Tween系列）兩性型（卵磷脂）第23頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月③反膠束微粒的大?。喝Q于反膠束的含水量(Wo)。Wo的定義為反膠束中水分子數(shù)與表面活性劑分子數(shù)之比，也即有機(jī)溶劑中水的摩爾濃度與表面活性劑的摩爾濃度之比。反膠束體系中的水通常可分為結(jié)合水和自由水。結(jié)合水是指位于反膠束內(nèi)部形成水池的那部分水；自由水即為存在于水相中的那部分水。研究表明不同的酶有不同的最適Wo值，該值取決于表面活性劑和酶的性質(zhì)，即反膠束的內(nèi)核體積與酶分子體積要相適應(yīng)。酶活力與W0的關(guān)系一般符合鐘形曲線。第24頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分析反膠束體系的優(yōu)點(diǎn)？具有組成靈活、熱力學(xué)穩(wěn)定漆酶在反膠束體系中的活性約為水中的60倍過氧化物酶約為水中的100倍酸性磷酸酶約為水中的200倍界面積大，可通過相調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物回收，既能為反應(yīng)物和產(chǎn)物提供有機(jī)相，又能為酶分子維持其活性提供穩(wěn)定的微環(huán)境。第25頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反膠束體系的應(yīng)用：

近年來受到人們的普遍關(guān)注，其中研究最多的是肽的合成和脂肪酶的催化反應(yīng)：Xing等研究了AOT／正辛烷的反膠束體系中α-胰凝乳蛋白酶催化合成肽衍生物的反應(yīng)得到56％～88％的產(chǎn)率，而且還對(duì)反應(yīng)體系的Wo值、反應(yīng)時(shí)間和酶濃度等條件進(jìn)行了討論；Chen等在反膠束體系中用不同的蛋白酶合成了二肽；Tsai等研究了AOT／異辛烷／磷酸鹽緩沖液中脂肪酶催化油脂水解反應(yīng)時(shí)表面活性劑濃度對(duì)脂肪酶水解活力的影響；李干佐等研究了AOT／異辛烷／水體系中解脂假絲酵母脂肪酶催化庚酸和庚醇的酯化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；Rees等研究了陽(yáng)離子表面活性劑CTAB的反膠束體系中有色黏性細(xì)菌脂肪酶催化癸酸辛酯的合成；馬成松等還研究了辣根過氧化物酶在AOT／水／異辛烷中多底物酶促反應(yīng)等。第26頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反膠束酶體系的制備方法(1)注入法：

將含有酶的水相注入到含有表面活性劑的有機(jī)相中（最常用）(2)液體萃取法：

將含酶的水相與含表面活性劑的有機(jī)相直接接觸（過程較慢）(3)固體萃取法：

將酶固體粉末與含水反膠束有機(jī)溶劑一起攪拌（時(shí)間長(zhǎng)，易變性）第27頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月酶在反膠束體系中的活力酶在反膠束體系中的活力主要由三方面的因素決定：核心水團(tuán)的大小、表面活性劑的種類及反膠束微粒的濃度。由于反膠束模型和組成對(duì)酶活性有影響，調(diào)節(jié)反膠束的特性可使酶更適合于特定的反應(yīng)，提高反應(yīng)速度。研究者認(rèn)為反膠束相當(dāng)于一個(gè)微反應(yīng)器，它對(duì)水溶性底物有濃縮作用，使底物在核心水團(tuán)中的實(shí)際濃度遠(yuǎn)高于在水溶液中的濃度，從而產(chǎn)生“超活性”。近幾年，有人提出是由于表面活性劑膜引起了酶分子構(gòu)象剛性的增加及膠束中結(jié)合水的特殊性質(zhì)共同影響造成的。第28頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)體系對(duì)酶酯化反應(yīng)的影響反應(yīng)體系含1-三甲基硅-1-乙醇10mM，戊酸10mM，內(nèi)標(biāo)正十五烷，脂肪酶50mg，30℃，120rpm條件下振蕩反應(yīng)1：水飽和正已烷10ml，2∶pH7.2緩沖液5ml+正已烷10ml第29頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.3、有機(jī)介質(zhì)反應(yīng)體系影響因素1、反應(yīng)體系中水對(duì)酶催化反應(yīng)的影響2、反應(yīng)體系中有機(jī)溶劑對(duì)酶催化反應(yīng)的影響第30頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、反應(yīng)體系中水對(duì)酶催化反應(yīng)的影響

一般蛋白酶都溶于水，只有在一定量的水存在的條件下，酶分子才能進(jìn)行催化反應(yīng)。所以酶在有機(jī)介質(zhì)中進(jìn)行催化反應(yīng)時(shí)，水是不可缺少的成分之一。

有機(jī)介質(zhì)中的水含量多少對(duì)酶的空間構(gòu)象、酶的催化活性、酶的穩(wěn)定性、酶的催化反應(yīng)速度等都有密切關(guān)系，水還與酶催化作用的底物和反應(yīng)產(chǎn)物的溶解度有關(guān)。

第31頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月總體來講，水在酶催化反應(yīng)中發(fā)揮著雙重作用：一方面，水分子直接或間接地通過氫鍵、疏水鍵及范德華力等非共價(jià)鍵相互作用來維持酶的催化活性所必需的構(gòu)象。Gupta認(rèn)為無水條件下酶分子的帶電基團(tuán)和極性基團(tuán)之間相互作用，形成一種非活性的“封閉”結(jié)構(gòu)，水的加入可削弱這種相互作用，使非活性的“封閉”結(jié)構(gòu)變得“疏松”，酶分子的柔韌性增加，并通過非共價(jià)作用力來維持酶的催化活性構(gòu)象，與酶分子緊密結(jié)合的一層左右的水分子，對(duì)酶的催化活性是至關(guān)重要的（必需水）。不同酶與必需水結(jié)合緊密程度及所結(jié)合的必需水?dāng)?shù)量是不同的。糜蛋白酶在辛烷中催化反應(yīng)時(shí)需50個(gè)水分子多酚氧化酶、酪氨酸酶、醇脫氫酶等則需要幾百個(gè)水分子第32頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月另一方面，水是導(dǎo)致酶的熱失活的重要因素，有水存在時(shí)，隨著溫度的升高酶分子會(huì)發(fā)生以下變化而失活：①形成不規(guī)則結(jié)構(gòu)②二硫鍵受到破壞③天冬酰胺和谷氨酰胺水解轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的天冬氨酸和谷氨酸④天冬氨酸肽鍵發(fā)生水解因此，在有機(jī)介質(zhì)的酶催化體系中，存在著最佳含水量，該最佳含水量不僅取決于酶的種類，也與所選用的有機(jī)溶劑有關(guān)。第33頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有機(jī)溶劑中酶活性與含水量的關(guān)系大量實(shí)驗(yàn)表明，酶的催化活性與加水量的關(guān)系總是呈曲線形，而且大都為鐘罩形。第34頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月水活度(Aw)

在有機(jī)介質(zhì)中含有的水主要有兩類，一類是與酶分子緊密結(jié)合的結(jié)合水，另一類是溶解在有機(jī)溶劑中的游離水。研究表明，在有機(jī)介質(zhì)體系中，酶的催化活性隨著結(jié)合水量的增加而提高。在結(jié)合水量不變的條件下，體系中水含量的變化對(duì)酶的催化活性影響不大。因此可以認(rèn)為，在有機(jī)介質(zhì)體系中，結(jié)合水是影響酶催化活性的關(guān)鍵因素，而水含量卻受到酶分子以外的各種因素影響。為了更為確切地反映水與酶催化活性的關(guān)系，Halling提出用水活度(Aw)來描述水對(duì)酶催化特性的影響。

第35頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Aw定義：在一定的溫度和壓力下，反應(yīng)體系的水蒸氣壓和純水的蒸氣壓之比，直接反應(yīng)了酶分子上水的多少，與其他因素?zé)o關(guān)。即：Aw=P/Po；式中，P表示在一定溫度和壓力下反應(yīng)體系中水的蒸氣壓；Po表示在相同條件下純水的蒸氣壓。當(dāng)體系達(dá)到平衡態(tài)時(shí)，體系中各部分的Aw值相等。由于有機(jī)介質(zhì)酶促反應(yīng)體系中水的重要作用，可以通過體系中含水量的不同，使反應(yīng)向著所期望的方向發(fā)展。一方面可以通過調(diào)節(jié)含水量，影響酶的水化程度及物理狀態(tài)，使酶根據(jù)需要表現(xiàn)出不同的催化活性；另外還可以通過改變體系中的Aw而改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)。

第36頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、添加法2、去除法體系中水含量的有效控制的方法：直接加水法預(yù)平衡法

敞口自由揮發(fā)法通惰性氣體或干燥空氣來帶走反應(yīng)過程中產(chǎn)生的水滲透蒸發(fā)法水合鹽對(duì)法第37頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在反應(yīng)的初期向反應(yīng)體系中添加適量的水（最早和最普遍采用）對(duì)反應(yīng)過程中沒有水產(chǎn)生的體系非常適用但對(duì)副產(chǎn)物產(chǎn)水的體系不適合：如脂肪酶和蛋白水解酶等在非水介質(zhì)中分別催化酯合成和肽合成反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行不斷產(chǎn)生水并且進(jìn)入反應(yīng)體系直接加水法：第38頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月預(yù)平衡法：將酶、底物和溶劑分別在飽和鹽溶液形成的氣相環(huán)境中進(jìn)行預(yù)平衡，不同的飽和鹽溶液對(duì)應(yīng)不同的蒸氣壓，將酶與鹽的飽和溶液平衡，同時(shí)將含有底物的溶劑平衡至相同的Aw，然后混合進(jìn)行反應(yīng)。采用這種操作方式，在反應(yīng)過程中Aw是否維持恒定是值得注意的問題。通常有兩種情況可能會(huì)引起Aw的改變：①在反應(yīng)過程中產(chǎn)生或消耗水；②溶劑化作用和相行為。其中由相平衡導(dǎo)致的Aw的改變較為復(fù)雜，只有當(dāng)水在兩相之間及兩者混合物中的活度系數(shù)有嚴(yán)格的相關(guān)性時(shí)，Aw在混合前后才會(huì)保持不變，否則，將分別進(jìn)行預(yù)平衡的底物和溶劑相混合時(shí)Aw會(huì)發(fā)生改變。第39頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月敞口自由揮發(fā)法：

由于反應(yīng)體系中有機(jī)溶劑更容易揮發(fā)，不宜采用采用向反應(yīng)體系中通惰性氣體或干燥空氣來帶走反應(yīng)過程中產(chǎn)生的多余的水：

一方面浪費(fèi)能源、成本高，另一方面不容易準(zhǔn)確控制體系的水含量，操作過程并不要求除掉體系中所有的水，而是控制體系水含量穩(wěn)定在一個(gè)非常狹小的范圍內(nèi)，而且體系中的反應(yīng)介質(zhì)和底物也可能被帶走，不容易被廣泛接受；滲透蒸發(fā)法：

即通過均一的非多孔膜來實(shí)現(xiàn)體系中水的轉(zhuǎn)移，可以連續(xù)除去反應(yīng)過程中生成的水，從而使反應(yīng)平衡向合成方向移動(dòng)，適用于大規(guī)模生產(chǎn)第40頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月水合鹽對(duì)法：通過直接向反應(yīng)體系中加入水合鹽對(duì)來控制體系水含量，一種水合鹽對(duì)可得到一個(gè)特定的水蒸氣壓，不同的水合鹽對(duì)產(chǎn)生相應(yīng)的水含量。由水合鹽與其無水形式構(gòu)成的鹽對(duì)可以對(duì)體系中的Aw起緩沖作用。以Na2HPO4為例說明其作用原理，體系中加入Na2HPO4，假定反應(yīng)過程中有水生成，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到一定程度，體系中積累足夠多的水時(shí)部分Na2HPO4結(jié)合水形成Na2HPO4·2H20形式，從而體系中的鹽以Na2HPO4／Na2HPO4·2H20鹽對(duì)的形式存在，隨著體系中水的積累，無水鹽不斷轉(zhuǎn)化為二水鹽，在全部轉(zhuǎn)化之前體系A(chǔ)w不變。當(dāng)無水鹽全部轉(zhuǎn)化為二水鹽后，水的進(jìn)一步產(chǎn)生和積累會(huì)引起體系A(chǔ)w的提高，直至水的量足以使二水鹽轉(zhuǎn)化為七水鹽，形成Na2HPO4·2H20／Na2HPO4·7H20鹽對(duì)，從而將體系A(chǔ)w維持在另一水平。

第41頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月討論：水活度對(duì)酶活性的影響（1）通常最佳水含量會(huì)隨著溶劑極性增加而增加（2）酶因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致維持酶所具有的活性構(gòu)象所必需的水量也不同（3）酶中水的位置也要正確（4）酶活性位點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)性隨著水的加入顯著增加（5）蛋白質(zhì)分子的極性和帶電基團(tuán)的水合作用對(duì)于酶的催化是必要的第42頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）通常最佳水含量會(huì)隨著溶劑極性增加而增加溶劑和底物性質(zhì)對(duì)酶活性也有著直接或間接的影響，底物對(duì)水也有強(qiáng)的吸附作用。Martins等研究表明溶劑的極性由己烷變成戊醇時(shí)最佳水活度與溶劑的極性幾乎無關(guān)，大約在0.55左右α-胰凝乳蛋白酶在NaCO310H2O水合中仍能催化肽合成，但酶、底物、產(chǎn)物以及水合鹽均不溶于溶劑中脂肪酶在己烷中催化丁酸和丁醇的酯化反應(yīng)時(shí)，當(dāng)反應(yīng)物濃度增加到0.37mol／L時(shí)得到一個(gè)恒定的最佳水活度0.78第43頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）酶因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致維持酶所具有的活性構(gòu)象所必需的水量也不同：①大部分酶需要較高的水活度才能表現(xiàn)出較好的活性：β-葡萄糖苷酶、酪氨酸酶Aw≥0.7才能測(cè)出催化活性α-胰凝乳蛋白酶每個(gè)分子需要數(shù)十個(gè)水分子活化酪氨酸酶、醇脫氫酶每個(gè)分子需要幾百個(gè)水分子活化②同一種酶來源不同所需的水量也會(huì)有顯著不同：Rhizopusarrhizus脂肪酶（低Aw）Pseudomonassp.脂肪酶（隨著Aw的增加活性提高）Candidarugosa脂肪酶（Aw較寬）③在不同的反應(yīng)中酶所需要的最適水量也不同：酯化反應(yīng)中，水作為?；傅囊粋€(gè)親核試劑與醇底物競(jìng)爭(zhēng)，隨著水活度的增加，酶底物的Km值會(huì)提高許多倍(10～20倍)。第44頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）酶中水的位置也要正確：枯草桿菌蛋白酶經(jīng)超聲波處理后酶活顯著提高，可能是由于結(jié)合在酶蛋白中的水分子重新排布造成的（4）酶活性位點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)性隨著水的加入顯著增加（水能提高蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)區(qū)域的柔性及其活性位點(diǎn)的極性）：乙醇脫氫酶、枯草桿菌蛋白酶、四氫呋喃中細(xì)胞色素C、膠原蛋白、彈性蛋白、溶菌酶第45頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（5）蛋白質(zhì)分子的極性和帶電基團(tuán)的水合作用對(duì)于酶的催化是必要的：由于在干的狀態(tài)下，酶分子的帶電基團(tuán)和極性基團(tuán)互相作用產(chǎn)生一個(gè)失活的鎖住的構(gòu)象，水與這些功能基團(tuán)形成氫鍵，屏蔽離子化基團(tuán)之間的靜電作用，并且中和了折疊多肽鏈中的肽單元和極性側(cè)鏈基團(tuán)之間的偶極相互作用。靜電相互作用在控制有機(jī)介質(zhì)中酶的催化行為方面可能起主要作用。通過向溶劑中加入各種“氫鍵形成物”(例如甘油、乙二醇和甲酰胺)驗(yàn)證了這個(gè)假設(shè)，其中加入3％甲酰胺會(huì)使在辛醇(含1％水)中的多酚氧化酶的活性提高35倍。第46頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、反應(yīng)體系中有機(jī)溶劑對(duì)酶催化反應(yīng)的影響

有機(jī)溶劑是有機(jī)介質(zhì)反應(yīng)體系中的主要成分之一。常用的有機(jī)溶劑可分為兩大類：水溶性有機(jī)溶劑：甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、甘油、丙酮、乙腈等水不溶性的有機(jī)溶劑：石油醚、己烷、庚烷、苯、甲苯、四氯化碳、氯仿、乙醚、戊醚等第47頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月討論：反應(yīng)體系中有機(jī)溶劑對(duì)酶催化反應(yīng)的影響（1）有機(jī)溶劑對(duì)酶結(jié)構(gòu)的影響（2）有機(jī)溶劑對(duì)酶活力的影響（3）有機(jī)溶劑對(duì)底物和產(chǎn)物分配的影響第48頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）有機(jī)溶劑對(duì)酶結(jié)構(gòu)的影響：破壞酶的空間結(jié)構(gòu)甚至引起酶的變性失活：堿性磷酸酶：懸浮于乙腈中20h，60％以上的酶不可逆變性失活懸浮在丙酮中36h，75％以上的酶呈現(xiàn)不可逆失活對(duì)酶的表面結(jié)構(gòu)和活性中心產(chǎn)生一定的影響，但其整體結(jié)構(gòu)和活性中心基本上保持完整：

脂肪酶、蛋白酶、多酚氧化酶等第49頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月討論：有機(jī)溶劑本身對(duì)酶促反應(yīng)的作用途徑有哪些？①直接與酶發(fā)生作用干擾氫鍵和疏水鍵等改變酶的構(gòu)象，從而導(dǎo)致酶的活性被抑制或失活②與能擴(kuò)散的底物或反應(yīng)產(chǎn)物相互作用影響正常反應(yīng)的進(jìn)行③直接和酶分子周圍水相互作用枯草桿菌蛋白酶晶體原有119個(gè)與酶分子結(jié)合水分子，懸浮在乙腈中后，與酶分子結(jié)合的水分子只有99個(gè)，有12個(gè)乙腈分子結(jié)合到酶分子中，其中有4個(gè)是原來水分子結(jié)合位點(diǎn)辣根過氧化物酶在甲醇中催化時(shí)甲醇分子可以進(jìn)入酶的活性中心與卟啉鐵配位結(jié)合一般認(rèn)為在非水相反應(yīng)體系中極性強(qiáng)的有機(jī)溶劑對(duì)酶的催化活性不利，因?yàn)樗鼈儠?huì)剝奪酶表面微環(huán)境中的必需水而使酶失活，所以在多數(shù)情況下，酶在疏水性強(qiáng)的有機(jī)溶劑中保持較高的活性研究證明在非水介質(zhì)中加入乙二醇、多元醇聚合物、大環(huán)有機(jī)物均可起到穩(wěn)定酶或增強(qiáng)其活性及選擇性的作用第50頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）有機(jī)溶劑對(duì)酶活力的影響：Laane深入研究了溶劑的理化性質(zhì)與酶功能的相關(guān)性，其中包括希爾德布蘭德溶解度參數(shù)(δ)、介電常數(shù)(ε)、偶極距(μ)以及分配系數(shù)的對(duì)數(shù)(lgP)等，發(fā)現(xiàn)lgP與酶活力之間具有最好的相關(guān)性：lgP越大，溶劑的疏水性越強(qiáng);lgP越小，溶劑的親水性越強(qiáng)。將常用的30多種有機(jī)溶劑根據(jù)其在水中的溶解度分為三類。常用有機(jī)溶劑的分類及對(duì)酶活性影響規(guī)律第51頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月酶在不同性質(zhì)有機(jī)溶劑中的催化反應(yīng)研究結(jié)果表明，酶活力與lgP之間存在以下相關(guān)性：①在lgP≤2的極性溶劑中，酶具較低催化活力，極性溶劑會(huì)強(qiáng)烈地?cái)_動(dòng)水與催化劑之間的相互作用，導(dǎo)致酶二級(jí)結(jié)構(gòu)（a-螺旋和β-折疊）及高級(jí)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)脫穩(wěn)而活性喪失；②在2≤lgP≤4的中等極性溶劑中，酶常常表現(xiàn)出中等催化活力，具有較弱的水?dāng)_動(dòng)能力，影響的程度與酶的特性和體系性質(zhì)有關(guān)；③在lgP>4的非極性溶劑中，酶有較高的催化活力，非極性溶劑通常不會(huì)擾動(dòng)酶的必需水層。第52頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）有機(jī)溶劑對(duì)底物和產(chǎn)物分配的影響：酶在有機(jī)介質(zhì)中進(jìn)行催化反應(yīng)，酶的作用底物首先必須進(jìn)入必需水層，然后才能進(jìn)入酶的活性中心進(jìn)行催化反應(yīng)。反應(yīng)后生成的產(chǎn)物也首先分布在必需水層中，然后才從必需水層轉(zhuǎn)移到有機(jī)溶劑中，而產(chǎn)物也必須移出必需水層，酶催化反應(yīng)才能繼續(xù)進(jìn)行下去。有機(jī)溶劑能改變酶分子必需水層中底物和產(chǎn)物的濃度。如果有機(jī)溶劑的極性很小，疏水性太強(qiáng)，則疏水性底物雖然在有機(jī)溶劑中溶解度大，濃度高，但難于從有機(jī)溶劑中進(jìn)入必需水層，與酶分子活性中心結(jié)合的底物濃度較低，而降低酶的催化速度如果有機(jī)溶劑的極性過大，親水性太強(qiáng)，則疏水性底物在有機(jī)溶劑中的溶解度低，底物濃度降低，也使催化速度減慢第53頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.4、有機(jī)溶劑對(duì)酶活性和選擇性的調(diào)節(jié)①有機(jī)溶劑對(duì)酶活性的調(diào)節(jié)

原因

分析說明

減少或消除的措施擴(kuò)散性限制大多數(shù)如此認(rèn)為充分?jǐn)噭?dòng)酶反應(yīng)體系或使用小顆粒酶活性中心的封閉只造成幾倍的酶活力下降嚴(yán)重時(shí)可采用晶體酶酶蛋白構(gòu)象變化在凍干酶過程中或其他脫水過程中易產(chǎn)生使用保護(hù)劑，或在有機(jī)相中使用兩性分子制備酶的復(fù)合體底物脫離溶劑，束縛能力差對(duì)疏水性溶劑會(huì)使酶活力減少100倍左右選擇合適溶劑，產(chǎn)生合適溶劑與底物的作用過渡態(tài)的不穩(wěn)定性過渡態(tài)部分暴露在溶劑中產(chǎn)生的不穩(wěn)定性選擇能夠產(chǎn)生與過渡態(tài)相適合的溶劑第54頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月②有機(jī)溶劑對(duì)酶選擇性的調(diào)節(jié)：有機(jī)溶劑中酶結(jié)構(gòu)的剛性增強(qiáng)，從而為有機(jī)溶劑調(diào)節(jié)酶功能提供了一種可能的手段，也即利用有機(jī)溶劑的性質(zhì)來調(diào)節(jié)酶的選擇性（溶劑工程）。酶在不同介電常數(shù)的有機(jī)溶劑中，其分子結(jié)構(gòu)剛性程度不同。在低介電常數(shù)的有機(jī)溶劑（乙腈）中柔性要比高介電常數(shù)的有機(jī)溶劑（二嗯烷）中要高在高介電常數(shù)的有機(jī)溶劑中時(shí)酶分子柔性降低，S-型異構(gòu)體遇到的空間障礙減少，酶反應(yīng)活性增大，導(dǎo)致酶的對(duì)映體選擇性減小第55頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.5、酶在有機(jī)介質(zhì)中的催化特性

酶在有機(jī)介質(zhì)中起催化作用時(shí)，由于有機(jī)溶劑的極性與水有很大差別，對(duì)酶的表面結(jié)構(gòu)、活性中心的結(jié)合部位和底物性質(zhì)都會(huì)產(chǎn)生一定的影響，從而顯示出與水相介質(zhì)中不同的催化特性：底物特異性對(duì)映體選擇性區(qū)域選擇性鍵選擇性熱穩(wěn)定性pH“記憶”與pH“忘記”

第56頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月①底物特異性（底物專一性）酶在水溶液中進(jìn)行催化反應(yīng)，具有高度的底物專一性，是酶催化反應(yīng)的顯著特點(diǎn)之一。在有機(jī)介質(zhì)中，由于酶分子活性中心的結(jié)合部位與底物之間的結(jié)合狀態(tài)發(fā)生某些變化，致使酶的底物特異性發(fā)生改變。有機(jī)溶劑具有不同的極性，所以在有機(jī)介質(zhì)中，酶的底物專一性會(huì)發(fā)生改變。胰蛋白酶等蛋白酶在催化N-乙酰-L-絲氨酸乙酯和N-乙酰-L-苯丙氨酸乙酯的水解反應(yīng)時(shí)：在水溶液中，后者比前者催化水解的速度快104倍在辛烷介質(zhì)中，前者比后者催化水解的速度快20倍第57頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月②對(duì)映體選擇性又稱為立體選擇性或立體異構(gòu)專一性，是酶在對(duì)稱的外消旋化合物中識(shí)別一種異構(gòu)體能力大小的指標(biāo)。酶立體選擇性的強(qiáng)弱可以用立體選擇系數(shù)(KLD)的大小來衡量。

式中，KLD——立體選擇系數(shù)

L——L-型異構(gòu)體

D——D-型異構(gòu)體

Km——米氏常數(shù)

Kcat——酶的轉(zhuǎn)換數(shù)

KLD=KcatKmLKcatKmD第58頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月酶在水溶液中催化的立體選擇性較強(qiáng)，而在疏水性強(qiáng)的有機(jī)介質(zhì)中，酶的立體選擇性較差。在手性藥物的制造中有重要應(yīng)用。

例如蛋白酶：在水溶液中只水解含有L-氨基酸的蛋白質(zhì)生成L-氨基酸在有機(jī)介質(zhì)中以D-氨基酸為底物合成由D-氨基酸組成的多肽第59頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月③區(qū)域選擇酶在有機(jī)介質(zhì)中進(jìn)行催化時(shí)，具有區(qū)域選擇性，即酶能夠選擇底物分子中某一區(qū)域的基團(tuán)優(yōu)先進(jìn)行反應(yīng)。酶區(qū)域選擇性的強(qiáng)弱可以用區(qū)域選擇系數(shù)Ks.t的大小來衡量。區(qū)域選擇系數(shù)與立體選擇系數(shù)相似，只是以底物分子的區(qū)域位置s,t代替異構(gòu)體的構(gòu)型L，D。

Ks,t=KcatKmsKcatKmt第60頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例如脂肪酶催化1，4-二丁酰基-2-辛基苯與丁醇之間的轉(zhuǎn)酯反應(yīng):在甲苯介質(zhì)中，區(qū)域選擇系數(shù)K4,1=2，表明酶優(yōu)先作用于底物C4位上的?；?；在乙腈介質(zhì)中，區(qū)域擇系數(shù)K4,1=0.5，則表明酶優(yōu)先作用于底物C1位上的?；?。從而得出在兩種不同的介質(zhì)中區(qū)域選擇系數(shù)相差4倍。第61頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月④鍵選擇性即在同一個(gè)底物分子中有2個(gè)以上的化學(xué)鍵都可以與酶反應(yīng)時(shí)，酶對(duì)其中一種化學(xué)鍵優(yōu)先進(jìn)行反應(yīng)。鍵選擇性與酶的來源和有機(jī)介質(zhì)的種類有關(guān)。

例如脂肪酶催化6-氨基-1-己醇?；磻?yīng)，底物分子中的氨基和羥基都可能被?；謩e生成肽鍵和酯鍵：采用黑曲霉脂肪酶催化時(shí)，羥基?；冀^對(duì)優(yōu)勢(shì)采用毛霉脂肪酶催化時(shí)，氨基?；冀^對(duì)優(yōu)勢(shì)在不同的有機(jī)介質(zhì)中，氨基酰化與羥基?；潭纫灿兴煌?2頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⑤熱穩(wěn)定性許多酶在有機(jī)介質(zhì)中熱穩(wěn)定性比在水溶液中的熱穩(wěn)定性更好。胰脂肪酶在水溶液中100℃時(shí)很快失活；而在有機(jī)介質(zhì)中，在相同的溫度條件下半衰期卻長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)。酶在有機(jī)介質(zhì)中的熱穩(wěn)定性還與介質(zhì)中的水含量有關(guān)，通常情況下，隨著介質(zhì)中水含量的增加，其熱穩(wěn)定性降低。核糖核酸酶在有機(jī)介質(zhì)中水含量從0.06g／g蛋白質(zhì)增加到0.2g／g蛋白質(zhì)時(shí)，半衰期從120min減少到45min細(xì)胞色素氧化酶在甲苯中水含量從0.3％增加到l.3％時(shí)，半衰期從4h減少到1.7min在有機(jī)介質(zhì)中，酶的熱穩(wěn)定性之所以增加，可能是由于有機(jī)介質(zhì)中缺少引起酶分子變性失活的水分子所致。因?yàn)樗肿訒?huì)引起酶分子中天冬酰胺和谷氨酰胺的脫氨基作用，還可能會(huì)引起天冬氨酸肽鍵的水解、半胱氨酸的氧化、二硫鍵的破壞等。第63頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月某些酶在有機(jī)介質(zhì)與水溶液中的熱穩(wěn)定性

酶

介質(zhì)條件

熱穩(wěn)定性豬胰脂肪酶三丁酸甘油酯水，pH7.0T1/2<26hT1/2<2min酵母脂肪酶三丁酸甘油酯/庚醇水，pH7.0T1/2=1.5hT1/2<2min脂蛋白脂肪酶甲苯，90℃，400h活力剩余40％胰凝乳蛋白酶正辛烷，100℃水，pH8.0,55℃T1/2=80minT1/2=15min枯草桿菌蛋白酶正辛烷，110℃T1/2=80min核糖核酸酶壬烷，110℃，6h水，pH8.0,90℃活力剩余95％T1/2<10min酸性磷酸酶正十六烷，80℃水，70℃T1/2=8minT1/2=1min腺苷三磷酸酶(F1-ATPase)甲苯，70℃水，60℃T1/2>24hT1/2<10min限制性核酸內(nèi)切酶（HindⅢ）正庚烷，55℃，30d活力不降低β-葡萄糖苷酶2-丙醇，50℃，30h活力剩余80％溶菌酶環(huán)己烷，110℃水T1/2=140minT1/2=10min第64頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⑥pH“記憶”與pH“忘記”在水溶液中，pH值是影響酶催化的重要因素。因?yàn)樵谒芤褐芯彌_液的pH值決定了酶分子活性中心基團(tuán)的解離狀態(tài)和底物分子的解離狀態(tài)，從而影響酶與底物的結(jié)合和催化反應(yīng)。然而在有機(jī)溶劑中，不存在質(zhì)子獲得或丟失的條件，那么，在有機(jī)介質(zhì)中，pH值是如何影響催化反應(yīng)呢？？第65頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月pH“印記”或pH“記憶”在有機(jī)介質(zhì)反應(yīng)中，酶所處的pH環(huán)境與酶的凍干或吸附到載體之前所使用的緩沖液pH值相同。因?yàn)槊冈趦龈苫蛭降捷d體之前，先置于一定pH值的緩沖液中，緩沖液的pH值決定了酶分子活性中心基團(tuán)的解離狀態(tài)。當(dāng)酶分子從水溶液轉(zhuǎn)移到有機(jī)介質(zhì)中時(shí)，酶分子保留了原有的pH印記，原有的解離狀態(tài)保持不變，即酶分子在緩沖液中所處的pH狀態(tài)仍然保持在有機(jī)介質(zhì)中。酶在有機(jī)介質(zhì)中催化反應(yīng)的最適pH值通常與酶在水溶液中反應(yīng)的最適pH值接近或相同。利用酶的這種pH印記特性，可以通過控制緩沖液中pH值的方法，達(dá)到控制有機(jī)介質(zhì)中酶催化反應(yīng)的最適pH值。第66頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月pH“忘記”由于受到有機(jī)相緩沖液的影響，控制著有機(jī)介質(zhì)中酶的解離狀態(tài)，使酶分子的pH“印記”特性不再起作用，酶完全“忘記”干燥前它所處的溶液pH。研究表明，在含有微量水的有機(jī)介質(zhì)中，某些疏水性的酸與其相對(duì)應(yīng)的鹽組成的混合物，或者某些疏水性的堿與其相對(duì)應(yīng)的鹽組成的混合物可以作為有機(jī)相緩沖液使用，以中性或離子對(duì)的形式溶解于有機(jī)溶劑中，這兩種存在形式比例控制著有機(jī)介質(zhì)中酶的解離狀態(tài)。有些酶在有機(jī)介質(zhì)中催化的最適pH值與水溶液中催化的最適pH值有較大差別，需要在實(shí)際應(yīng)用時(shí)加以調(diào)節(jié)控制。第67頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.6、有機(jī)介質(zhì)中酶催化反應(yīng)的條件及其控制

1、有機(jī)介質(zhì)中酶催化反應(yīng)的類型轉(zhuǎn)移反應(yīng)醇解反應(yīng)合成反應(yīng)氧化還原反應(yīng)裂合反應(yīng)第68頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）轉(zhuǎn)移反應(yīng)

R1COOR2+R3COOHR1COOR3+R2COOH脂肪酶轉(zhuǎn)酯反應(yīng)酯酶第69頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）醇解反應(yīng)R1-CHCH2-C=OCH2-C=O+R2OHOR1-CHCH2-COOHCH2-COOR2假單胞脂肪酶

第70頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)合成反應(yīng)R1COOH+R2OHR1COOR2+HOH脂肪酶酯酶R1CHCOOH+R2CHCOOHH2NCHCONHCHCOOH+H2ONH2NH2R1R2蛋白酶第71頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）氧化還原反應(yīng)RCHO+NADH+H+RCH2OH+NAD+R1COR2+NADH+H+R1CH(OH)R2+NAD+醇脫氫酶第72頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（5）裂合反應(yīng)RCHO+HCNRCH(OH)CN醇腈酶

第73頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、有機(jī)介質(zhì)中酶催化反應(yīng)的控制

酶的種類和濃度底物的種類和濃度有機(jī)溶劑的種類水含量溫度pH值離子強(qiáng)度第74頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.7、酶非水相催化的應(yīng)用

酶催化反應(yīng)應(yīng)用

脂肪酶肽合成青霉素G前體肽合成酯合成醇與有機(jī)酸合成酯類轉(zhuǎn)酯各種酯類生產(chǎn)聚合二酯的選擇性聚合?；蚀嫉孽；鞍酌鸽暮铣珊铣啥嚯孽；穷愼；u基化酶氧化甾體轉(zhuǎn)化過氧化物酶聚合酚類、胺類化合物的聚合多酚氧化酶氧化芳香化合物的羥基化膽固醇氧化酶氧化膽固醇測(cè)定醇脫氫酶酯化有機(jī)硅醇的酯化第75頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、手性高分子聚合物的制備

(1)聚酯的合成：利用脂肪酶在甲苯、四氫呋喃、乙腈等有機(jī)介質(zhì)中催化聚合選定的有機(jī)酸和醇。

(2)糖酯的合成：糖酯是一類糖和酯類聚合而成的有重要應(yīng)用價(jià)值的可生物降解聚合物。采用不同的糖為羥基供體，以各種有機(jī)酸酯為?；w，以蛋白酶、脂肪酶等為催化劑，在有機(jī)介質(zhì)中反應(yīng)，獲得各種糖脂。第76頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）手性藥物的合成

藥物名稱有效對(duì)映體的作用另一種對(duì)映體的作用普萘洛爾（Propranolol）萘普生（Neproxen）青霉素胺（Penicillamine）羥基苯哌嗪(Dropropizine)反應(yīng)停（Thalidomide）酮基布洛芬（Ketoprofen）喘速寧（Trtoquinol）乙胺丁醇（Ethambutol）萘必洛爾（Kebivolol）S構(gòu)型，治療心臟病,β-受體阻斷劑S構(gòu)型，消炎、解熱、鎮(zhèn)痛S構(gòu)型，抗關(guān)節(jié)炎S構(gòu)型，鎮(zhèn)咳S構(gòu)型，鎮(zhèn)靜劑