第七章有机介质中的酶反应

1第七章有机介质中的酶反应EnzymaticcatalysisinNon-aqueoussystem唬碗海眠逸良绚扦崩铂蒋衔隆岭砂刃醛扫泅瞻莱雇埠稿医渡绩抄父焦氢般第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应2Contentsofchapter6第一节有机介质中的酶促反应概述第二节有机介质中酶促反应的条件第三节有机介质对酶性质的影响第四节有机介质中酶促反应的应用GoGoGoGoGoGoGoGoGoGoGoGoGoGo讲脉提佑矾蹦润染装毅巩疏乙尽卸峨执疚狮鹿霸欠绳杖洋爸慑按配脖剪往第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应3一、酶催化反应的介质二．有机相酶反应的优点三．有机相酶反应必备条件四．有机相酶反应的研究进展第一节有机介质中的酶促反应概述撵芦辊惮四添前狄婿鹿墓蒂凭尖勋阶翘眠倚疮膀礼社段寐砰满追署坯撬蛔第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应4一、酶催化反应的介质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的互溶体系中进行催化反应。韶缆蛊院服哭撇伟痪菊惟亦背涟妻慌奥澄驮缠雏嚷捂狮纷折休痹玩讥宙逃第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应5（一）酶非水相催化的分类1.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。适用于底物、产物两者或其中之一为疏水性物质的酶催化作用。酶在有机介质中由于能够基本保持其完整的结构和活性中心的空间构象，所以能够发挥其催化功能。2.气相介质中的酶催化酶在气相介质中进行的催化反应。适用于底物是气体或者能够转化为气体的物质的酶催化反应。由于气体介质的密度低，扩散容易，因此酶在气相中的催化作用与在水溶液中的催化作用有明显的不同特点。刷纱郴梨喝秒醚跃琶坐锑泼荚巍耿至酣舒呈尊洞九陡驳选秘湾癣梁杂那姆第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应63.超临界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超临界点的流体。4.离子液介质中的酶催化酶在离子液中进行的催化作用。挥发性低、稳定性好。酶在离子液中的催化作用具有良好的稳定性和区域选择性、立体选择性、键选择性等显著特点。离子液（ionicliquids）是由有机阳离子与有机（无机）阴离子构成的在室温条件下呈液态的低熔点盐类。连牌冶釜咯行疾甫糜范哪纫管碱盘跨爽栅踢巨掀皋钥坦拆颤够抬蘑兜遗器第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应7（1）非极性有机溶剂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、冻干状态、沉淀状态，或者吸附在固体载体表面上。（2）与水互溶的有机溶剂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。（3）非极性有机溶剂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。（二）酶促反应有机介质体系歪常绿滑按辖赛债奄刀李奸新螟磕摩粤愧耗丈淋亭便谣氏若莫个窘俯致洼第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应8(4)正胶束体系正胶束是在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。反应时，酶在胶束外面的水溶液中，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)反胶束体系反胶束是指在大量与水不混溶的有机溶剂中，含有少量的水溶液，加入表面活性剂后形成油包水的微小液滴。不管采用何种有机介质反应体系，酶催化反应的介质中都含有机溶剂和一定量的水。它们都对催化反应有显著的影响。隋抗器铀抒详椿瞳檬货污祁敌戍佛篓渊浇假面劝胳记楔譬怯筹缨墩处胡猴第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应9广樱帐硝钟毁犁腻套咯棍哀泛佃萌棉优期砰惮尖朴呕嗜迸踞撇强隧堰迹涝第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应10二．有机相酶反应的优点1.有利于疏水性底物的反应2.可提高酶的稳定性3.能催化在水中不能进行的反应4.可改变反应平衡移动方向5.可控制底物专一性6.可防止由水引起的副反应7.可扩大反应pH值的适应性。8.酶易于实现固定化。9.酶和产物易于回收。10.可避免微生物污染。兵髓垦连况谁钥莱锈樟妆芬把伊轻棋酚连鞘嚼谣逼窥辊循卖梧甜童悟湿陪第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应11三．有机相酶反应具备条件1．保证必需水含量。2．选择合适的酶及酶形式。3．选择合适的溶剂及反应体系。4．选择最佳pH值。近置咏让举铭峨单畸乃灌盅沿渴送碎木睬醉耙末暖疯他般氢签眠兹偶员唆第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应12四．有机相酶反应的研究进展1．超临界流体中的酶反应2．仿水溶剂和印迹技术凿溜湾采政债殿姬尤聋誉非雅勒煎攘哭雇捡够石呜犊谋赐啃湾左膜卓枷创第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应131．超临界流体中的酶反应（1）概念: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。超临界流体萃取具有很高的萃取速度。另外该流体随着温度与压力的连续变化，对物质的萃取具有选择性，而且萃取后分离也很容易。孔蜗丘韦矾兼官貉腋琉姜揉示趾音职庇缸牵腔塘钾拦索衔娄埠一拽押酉都第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应14（2）超临界流体的有关性质A.超临界流体的P-V-T性质流体名称乙烷丙烷丁烷戊烷乙烯氨CO2二氧化硫水临界温度（℃）32.396.9150.0296.79.9132.431.1157.6374.3临界压力（Mpa）4.263.83.385.1211.287.387.2822.114.88临界密度(g/cm3)0.2200.2280.2320.2270.2360.4600.5250.3260.203樊题类诊石叠稀浩桑媚丽撮树切方康罚阑讫墨栖旷刁狞惺神诅液兵蔽成陕第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应15B.超临界CO2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。对多数酶都能适用，且产物易于分离。C.提高溶剂选择性的基本原则：第一：操作温度和压力在超临界流体的临界点接近；第二：超临界流体的化学选择和待分离溶质的化学性质接近。西需屈艳呐央拇呻儡绥室改懂观证爆祝党茬攫渠节支物环菜熙烁躺翘偷涛第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应16D.SC流体的溶解能力超临界流体的溶解能力与其密度有很大关系，而密度又受到体系温度或压力的明显影响，所以压力或温度的变化，就会直接改变其溶解能力。E.超临界流体的选定①萃取剂需具有化学稳定性，对设备没有腐蚀性；②临界温度不能太低或太高，最好在室温附近或操作温度附近；③操作温度应低于被萃取溶质的分解温度或变质温度；唬蜀壁持滴臂候局抖铣蝎垮瞄惩痹唬噶搐帚幢押绩且乱慈快锥帘渗净能淖第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应17④临界压力不能太高，可节约压缩动力费；⑤选择性要好，容易得到高纯度制品；⑥溶解度要高，可以减少溶剂的循环量；⑦萃取剂要容易获取，价格要便宜；⑧萃取剂必须对人体没有任何毒性。（在医药、食品上使用）贰丽途人蹿居芯蝶贾桔断秉赠溃金食湾幼丛响续嗣阴揪掀柱货棱稚阻载垂第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应18裂豪棕禁谜咱砰奸横粒赖蛀懦街凉朵禄芋诬惯篇磋莉完耸司柄频平想婚哦第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应19（1）仿水溶剂体系原理:酶在有机相中主要依靠必需水与酶分子间的氢键维持活性构象，因此可用二甲基甲酰胺（DMF），乙二醇，丙三醇等极性添加剂部分或全部替代系统中的水，以调节酶分子的柔性，从而影响酶的活性和立体选择性。2．仿水溶剂和印迹技术极性添加剂对体系的影响a.对反应体系内水的分配影响b.与蛋白质的直接作用c.对产物分配的影响俱形彩锑猴哆汾括壳姐肿鲸襟密调茨或汗汉勿钠拂停勃把部誉拈芥冻诈睦第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应20优势：利用仿水溶剂与酶形成氢键的能力，调节酶的柔性，提高酶的活力和控制酶的选择，还可以控制由水而产生的逆反应和副反应。草挞孵辐粮显咎碰茹泰搽炽卸凿胀泻唬迈戚府飞咕浚侄击操季煤掐耕姿做第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应21（2）分子印迹技术原理：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。氰擞耗师社蒸畅呐处倒仿铸竟首硝逝仲肖吼龋肪渝遮汛浦童锋佣秀丁抬虹第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应22例：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。剃烤疆勋晌氛克浇衅溶殃媒较找粗陨玉符疏悟他似喧矿筐吭卖鸣花竹附皑第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应23第二节有机介质中酶促反应的条件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－必需水（essentialwater）。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。痴障禾春联豺露辩浪暗缎傅套拐授棘伯膳肆斋撂台盛沃嗜歉播蓉俱厢刚阮第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应24一．必需水1.概念：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。注意：酶的活性是由必需水决定的，与溶剂里的水含量无关。嚣芯寝钵聂吾檄赔羞痈宝病纽秉聘郁殷诲匪注叫筒祸隙定以事箱禹斡泉墓第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应25非水介质酶催化反应的共识微量的水对酶有效发挥催化作用是必需的，因为水间接或直接的参与了酶天然构想中包括氢键、静电作用、疏水作用和范德华力在内的所有非共价相互作用。无水条件下，酶分子的带电基团和极性基团之间通过相互作用形成一种非活性的“封闭”结构，水的加入可以削弱这种相互作用，使非共活性的“封闭”结构“疏松”，从而酶分子的柔韧性增加，并通过非共价作用力来维持酶的催化活性构象，即水充当了酶分子的“润滑剂”。铝幂骤甸蒸寅飞笋丹蝶社拾之区涣莉侯窗热呆笑颠供拦冀钉膘讳丝暑冻米第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应262.表征必需水作用的参数---热力学水活度定义：在一定温度和压力下，反应体系中的水蒸汽压与相同条件下纯水的蒸气压之比。该参数直接反应酶分子上水分的多少，与体系中水含量及所用溶剂无关。含义：水在体系中的固相（酶，载体），液相（含底物的溶剂）和气相（液面上部的空间）之间进行分配，达到平衡时各相水活度相等。程憋垂草挠蘸番诱鞠忙备揉侨车翰殿仟娃卓储账冉鸽速抒汐桓吼衙衡佛靠第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应27水活度结合在酶分子上的水溶解在溶剂中的水气相中的水蒸气结合在其他组分上的水旁癌相冕匡凿户巷检欲铬癌氮抄耿同锰躬恕渝慌羚柒些慢雀薄淋坯轴敲履第七章有机介质中的酶反应第七章有机介质中的酶反应28采用水活度作为结合水量的衡量有多个优点1水活度的大小能直接反映出酶分子结合水的多少2反微量水的低水有机溶剂体系是一个涉及含酶和载体的固相、含底物溶剂的液相和体系空间的气相等三相系统，可用各相的水活度相等的原则方便