酶的非水相催化
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第7章 酶的非水相催化
4、（正）胶束体系
胶束也称为正胶束或正胶团，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（O/W）的 微小液滴。 表面活性剂是由亲水憎油的极性基团和亲 油憎水的非极性基团两部分组成的两性分 子，既能溶解水溶性物质又能增溶疏水性 物质。
正胶束是通过表面活性剂的极性端朝外， 与水结合，非极性端朝内，有机溶剂包在 液滴内部，形成一个非极性的核心形成。 正胶束水相是连续相，有机相是分散相。 酶催化反应时，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。
6、pH“记忆”与pH“忘记”
在有机介质反应中，酶所处的pH环境与酶 的冻干或吸附到载体之前所使用的pH值相 同，这种现象称为pH“印记”或pH“记忆”。
第四节 反胶束体系的酶学研究
反胶束酶催化体系是指在非极性有机溶剂 中，酶分子溶解在由表面活性剂形成的含 水反向胶团内催化底物的转化。
一、反胶束的形成和酶的包覆
4、导电有机聚合物的合成
辣根过氧化物酶可以在与水混溶的有机介质（如
丙酮、乙醇、二氧六环等）中，催化苯胺聚合生 成聚苯胺。 聚苯胺-导电装置 塑料电池, 新型飞机上的电子器件,发光二极管、 太阳能电池以及移动电话和迷你电视的显示屏,导 电塑料制作分子大小的道路
5、发光有机聚合物的合成
辣根过氧化物酶可以在有机介质中催化对苯
当体系中水和有机溶剂同时存在时，两性 表面活性剂分子溶解于有机溶剂，并能够 增溶一定量的水，随水/表面活性剂/有机 溶剂三相浓度不同，会形成球状或椭球状 的胶束，形成所谓的“油包水”的结构， 即反胶束。
二、反胶束体系的制备方法
（1）注入法：将含有酶的水相注入到含有表 面活性剂的有机相中。 （2）液体萃取法：将含酶的水相与含表面活 性剂的有机相直接接触。 （3）固体萃取相：将酶的固体粉末与含水的 反胶束有机溶剂一起搅拌。
酶非水相催化的名词解释
酶非水相催化的名词解释酶非水相催化是一种特殊的生物化学反应过程，其特点是在无水环境中，通过酶作用催化生物分子的转化。
在酶非水相催化中，不同于传统的酶催化过程，水分子并不直接参与反应，而是由其他非水相溶剂来替代。
这种非水相催化的特性赋予了酶非常高的催化活性和选择性。
酶非水相催化的概念源于生物体内一些特殊的蛋白质，即金属蛋白和脱水酶。
这些蛋白质具有能够在缺水环境下活跃的特性。
在生物体内，金属离子可以起到酶的活性中心的作用，而脱水酶则可以在非常干燥的环境下，通过形成氢键网络来稳定酶的结构，并促进催化反应的进行。
酶非水相催化的研究对于认识生物体内酶催化反应的本质以及开发新型催化剂具有重要的意义。
通过研究酶非水相催化过程，科学家们可以揭示酶活性中心的结构和功能，以及介观生物学的规律。
此外，酶非水相催化还可以为合成有机化合物提供新思路和新方法，通过模拟生物体内的催化反应，可以设计和合成出高效、高选择性的催化剂。
在研究酶非水相催化的过程中，科学家们不仅仅关注酶本身，还对非水相溶剂的选择和影响进行了深入研究。
非水相溶剂可以影响酶非水相催化的活性和选择性，不同的溶剂性质会对酶的构象和催化效果产生直接的影响。
同时，科学家们还研究了不同非水相催化体系之间的相互作用，以及非水相溶剂的理论模拟和定量描述。
酶非水相催化的应用范围非常广泛。
在传统的酶催化反应中，水分子的存在常常会引起反应的副反应，限制了反应的效率和产率。
而在非水相催化反应中，由于水分子的排除，反应体系更为干燥，酶的活性得到了有效提升。
酶非水相催化可以应用于生物医学、制药、有机合成等领域，用于合成生物活性物质、开发新药物和催化有机反应等。
总结起来，酶非水相催化是一种在无水环境中利用酶催化生物分子转化的特殊过程。
通过研究酶非水相催化，我们可以认识酶的活性中心结构和功能，揭示生物催化的规律，为合成有机化合物提供新的思路和方法。
此外，酶非水相催化还有广泛的应用前景，可以应用于医学、制药和有机合成等领域。
第八章 酶的非水相催化
– 有机溶剂主要通过以下三种途径发生作用
• (1) 有机溶剂与酶直接发生作用，通过干扰氢键和疏水键等改 变酶的构象，从而导致酶的活性被抑制或酶的失活 • (2) 有机溶剂和能扩散的底物 / 反应产物相互作用，影响正常 反应的进行 • (3) 有机溶剂直接和酶分子周围的水相互作用
– 对酶分子表面结构的影响
• 对映体选择性
– 对映体选择性（enantioselectivity）是酶在对 称的外消旋化合物中识别一种异构体的能力大 小的指标。
– 酶在水溶液中催化的对映体选择性较强，而在 疏水性强的有机介质中对映体选择性较差
• 区域选择性
– 区域选择性（regioselectivity） ，即酶能够选择性地 催化底物分子中某个区域的基团优先发生反应
• 由有机溶剂和微量水组成的反应体系，即通常所说的有机介质 体系
• 大部分的微量水以酶分子的结合水形式存在，对维持酶分子的 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 • 酶以固态的形式悬浮于有机介质中
– 与水溶性有机溶剂组成的均一体系
• 水 / 极性有机溶剂混溶体系，水和有机相的比例都很大，酶和 底物以溶解的状态存在于此体系中
– 水对酶催化反应速率的影响
• 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 • 最适含水量：在酶催化反应速率达到最大时的水含 量
– 酶含水量 < 最适含水量，酶构象过于“刚性”而失活 – 酶含水量 > 最适含水量，酶构象过于“柔性”，因变构而 失活
• 同一种酶，反应系统的最适含水量与有机溶剂的种 类、酶的纯度、固定化酶的载体性质和修饰性质等 因素有关
– 胶束体系
• 正胶束体系（normal micelles system）
• (1) 有机溶剂与酶直接发生作用，通过干扰氢键和疏水键等改 变酶的构象，从而导致酶的活性被抑制或酶的失活 • (2) 有机溶剂和能扩散的底物 / 反应产物相互作用，影响正常 反应的进行 • (3) 有机溶剂直接和酶分子周围的水相互作用
– 对酶分子表面结构的影响
• 对映体选择性
– 对映体选择性（enantioselectivity）是酶在对 称的外消旋化合物中识别一种异构体的能力大 小的指标。
– 酶在水溶液中催化的对映体选择性较强，而在 疏水性强的有机介质中对映体选择性较差
• 区域选择性
– 区域选择性（regioselectivity） ，即酶能够选择性地 催化底物分子中某个区域的基团优先发生反应
• 由有机溶剂和微量水组成的反应体系，即通常所说的有机介质 体系
• 大部分的微量水以酶分子的结合水形式存在，对维持酶分子的 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 • 酶以固态的形式悬浮于有机介质中
– 与水溶性有机溶剂组成的均一体系
• 水 / 极性有机溶剂混溶体系，水和有机相的比例都很大，酶和 底物以溶解的状态存在于此体系中
– 水对酶催化反应速率的影响
• 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 • 最适含水量：在酶催化反应速率达到最大时的水含 量
– 酶含水量 < 最适含水量，酶构象过于“刚性”而失活 – 酶含水量 > 最适含水量，酶构象过于“柔性”，因变构而 失活
• 同一种酶，反应系统的最适含水量与有机溶剂的种 类、酶的纯度、固定化酶的载体性质和修饰性质等 因素有关
– 胶束体系
• 正胶束体系（normal micelles system）
酶非水相催化
2、有机溶剂对酶活性的影响
极性较强的有机溶剂，如甲醇，乙醇等，会夺 取酶分子的结合水，影响酶分子微环境的水化层， 从而降低酶的催化活性,甚至引起酶的变性失活。 因此应选择好所使用的溶剂，控制好介质中的含 水量，或者经过酶分子修饰提高酶分子的亲水性， 避免酶在有机介质中因脱水作用而影响其催化活 性。
酶非水相催化
Enzyme non-aqueous actalysis enzyme catalysis in non-aqueous phase
09生物（一）班 薛艳静 0966121135
酶的非水相催化:酶在非水介质中的催 酶的非水相催化 化作用。 反应机理：是通过改变反应介质，影 反应机理 响酶的活性中心，使得酶存在的状态 与酶结构发生了改变，从而改进酶的 催化特性。
三、有机溶剂对有机介质中酶催化的 影响
常用的有机溶剂有辛烷，正己烷，苯，吡 啶，季丁醇，丙醇，乙腈，已酯，二氯甲烷等。 在有机介质酶催化反应中，有机溶剂对酶 的活性、酶的稳定性、酶的催化特性和酶催化 速度等有显著的影响。
1、有机溶剂对酶结构与功能的影响
在水溶液中，酶分子均一地溶解于水溶液中， 可以较好地保持其完整的空间结构。在有机溶剂 中，酶分子不能直接溶解，而是悬浮在溶剂中进 行催化反应。根据酶分子的特性和有机溶剂的特 根据酶分子的特性和有机溶剂的特 性的不同， 性的不同，保持其空间结构完整性的情况也有所 差别
（1）有机溶剂对酶分子表面结构的影响 酶在有机介质中与有机溶剂接触，酶分子的 表面结构将发生变化。例如：枯草杆菌蛋白酶晶 体，原来有119个与酶分子结合的水分子，悬浮 于乙腈后，与酶分子结合的水分子只有99个，而 有12个乙腈分子结合到酶分子中，其中有4个事 原来水分子结合的位点
（2）有机溶剂对酶活性中心结合位点的影响 当悬浮于有机溶剂中，有一部分溶剂能渗入到 酶分子的活性中心，与底物竞争活性中心的结合 位点，降低底物的结合能力，从而影响酶的催化 活性。此外，有机溶剂分子进入没得活性中心， 会降低活性中心的极性，可能降低酶与底物的结 合能力。
第七章_酶的非水相催化
第七章 酶的非水相催化
Enzymatic catalysis in Non-aqueous system
拒接翻版
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1、酶非水相催化的主要内容 2、有机介质中水和有机溶剂对催化反应的 影响 3、酶在有机介质中的催化特性 4、有机介质中酶催化反应的条件及其控制 5、酶非水相催化的应用
非水酶学的研究主要内容
第一，非水酶学基本理论的研究，影响酶催 化的主要因素以及非水介质中酶学性质； 第二，阐明非水介质中酶的催化机制，建立 和完善非水酶学的基本理论； 第三：应用
一、非水介质中酶的结构与性质
(一) 非水介质中酶的状态 存在状态有多种形．主要分为两大类 第一类为固态酶 它包括冷冻干燥的酶粉或固定化酶，它们以固 固态酶， 固态酶
(二)非水介质中的酶学性质
有机溶剂的存在，改变了疏水相互作用的精 细平衡，从而影响到酶的结合部位，有机溶 剂也会改变底物存在状态。因此酶和底物相 结合的自由能就会受到影响，而这些至少会 部分地影响到有机溶剂中酶的底物特异性、 立体选择性、区域选择性和化学键选择性等 酶学性质。
第二节:水对非水相介质中酶催化的影 响
第一节： 第一节：酶催化水相的主要内容
酶在非水介质中，酶存在状态与酶结构发生改变。 用于酶催化的非水介质包括 非水介质包括
有机溶剂体系
• • • • ①含微量水的有机溶剂单相体系； ②与水混溶的有机溶剂和水形成的单相体系； ③水与有机溶剂形成的两相或多相体系： ④胶束与反胶束体系；
超临界流体 气相 低共熔混合体系 又称为非常规介质。
体形式存在有机溶剂中。还有利用结晶酶进行非水介质中催化反应和酶 结构的研究，结晶酶的结构更接近于水溶液中酶的结构，它的催化效率 也远高于其他类型的固态酶。
Enzymatic catalysis in Non-aqueous system
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1、酶非水相催化的主要内容 2、有机介质中水和有机溶剂对催化反应的 影响 3、酶在有机介质中的催化特性 4、有机介质中酶催化反应的条件及其控制 5、酶非水相催化的应用
非水酶学的研究主要内容
第一，非水酶学基本理论的研究，影响酶催 化的主要因素以及非水介质中酶学性质； 第二，阐明非水介质中酶的催化机制，建立 和完善非水酶学的基本理论； 第三：应用
一、非水介质中酶的结构与性质
(一) 非水介质中酶的状态 存在状态有多种形．主要分为两大类 第一类为固态酶 它包括冷冻干燥的酶粉或固定化酶，它们以固 固态酶， 固态酶
(二)非水介质中的酶学性质
有机溶剂的存在，改变了疏水相互作用的精 细平衡，从而影响到酶的结合部位，有机溶 剂也会改变底物存在状态。因此酶和底物相 结合的自由能就会受到影响，而这些至少会 部分地影响到有机溶剂中酶的底物特异性、 立体选择性、区域选择性和化学键选择性等 酶学性质。
第二节:水对非水相介质中酶催化的影 响
第一节： 第一节：酶催化水相的主要内容
酶在非水介质中，酶存在状态与酶结构发生改变。 用于酶催化的非水介质包括 非水介质包括
有机溶剂体系
• • • • ①含微量水的有机溶剂单相体系； ②与水混溶的有机溶剂和水形成的单相体系； ③水与有机溶剂形成的两相或多相体系： ④胶束与反胶束体系；
超临界流体 气相 低共熔混合体系 又称为非常规介质。
体形式存在有机溶剂中。还有利用结晶酶进行非水介质中催化反应和酶 结构的研究，结晶酶的结构更接近于水溶液中酶的结构，它的催化效率 也远高于其他类型的固态酶。
非水相中酶催化技术
酶催化技术：利用酶的催化作用，提高生物燃料生产效 率
非水相：在非水相环境中进行酶催化反应，提高反应速 率和选择性
应用前景：非水相中酶催化技术在生物燃料生产中具有 广阔的应用前景，有助于实现绿色、可持续的能源生产。
非水相中酶催化技术在环境保护中的应用
生物降解：利用酶催 化技术降解有机污染 物，减少环境污染
3
4
酶的生物合成：通过生物合成技术， 将酶的基因引入微生物中，实现酶
的工业化生产。
酶的生物催化反应：利用酶的生物 催化特性，实现化学反应的绿色化
和高效化。
谢谢
酶催化反应具有高度专一性，即一种酶只能催化 一种或一类底物。
酶催化反应具有高效性，即酶催化反应的速度比 非酶催化反应快得多。
非水相中酶催化反应的条件
01
非水相介质：如有机
溶剂、离子液体等
02
酶的稳定性：在非水
相中保持活性和稳定
性
03
底物浓度：底物浓度
对反应速率有影响
04
温度和pH值：反应温
度和pH值对反应速率
和产物选择性有影响
非水相中酶催化反应的影响因素
01
酶的性质：酶的活性、 稳定性和选择性
02
底物浓度：底物浓度 对酶催化反应的影响
03
反应条件：温度、pH 值、离子强度等对酶催 化反应的影响
04
非水相溶剂：溶剂的性 质、极性、粘度等对酶 催化反应的影响
非水相中酶催化 技术的应用
非水相中酶催化技术在生物制药中的应用
机遇：非水相
3 中酶催化技术 在生物医药领 域的应用
机遇：非水相
4 中酶催化技术 在环境保护领 域的应用
非水相中酶催化技术的未来发展方向
非水相：在非水相环境中进行酶催化反应，提高反应速 率和选择性
应用前景：非水相中酶催化技术在生物燃料生产中具有 广阔的应用前景，有助于实现绿色、可持续的能源生产。
非水相中酶催化技术在环境保护中的应用
生物降解：利用酶催 化技术降解有机污染 物，减少环境污染
3
4
酶的生物合成：通过生物合成技术， 将酶的基因引入微生物中，实现酶
的工业化生产。
酶的生物催化反应：利用酶的生物 催化特性，实现化学反应的绿色化
和高效化。
谢谢
酶催化反应具有高度专一性，即一种酶只能催化 一种或一类底物。
酶催化反应具有高效性，即酶催化反应的速度比 非酶催化反应快得多。
非水相中酶催化反应的条件
01
非水相介质：如有机
溶剂、离子液体等
02
酶的稳定性：在非水
相中保持活性和稳定
性
03
底物浓度：底物浓度
对反应速率有影响
04
温度和pH值：反应温
度和pH值对反应速率
和产物选择性有影响
非水相中酶催化反应的影响因素
01
酶的性质：酶的活性、 稳定性和选择性
02
底物浓度：底物浓度 对酶催化反应的影响
03
反应条件：温度、pH 值、离子强度等对酶催 化反应的影响
04
非水相溶剂：溶剂的性 质、极性、粘度等对酶 催化反应的影响
非水相中酶催化 技术的应用
非水相中酶催化技术在生物制药中的应用
机遇：非水相
3 中酶催化技术 在生物医药领 域的应用
机遇：非水相
4 中酶催化技术 在环境保护领 域的应用
非水相中酶催化技术的未来发展方向
酶的非水相催化
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（essential water）。 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。
（1） 天然香料的萃取，合成香料的分离，精制，（2） 烟 草脱烟碱（3） 化妆品原料的萃取，精制（界面活性剂，单
2． 仿水溶剂和印迹技术
（1） 仿水溶剂体系 （2） 分子印迹技术
（1） 仿水溶剂体系
原理: 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。
liquids）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。
二、有机相酶反应的优点：
① β可以控制由水引起的副反应。 ② 可提高酶的热稳定性。 ③ 提高脂溶性底物的溶解度，提高催化效率。 ④ 从低沸点溶剂中分离纯化产物比水中容易。 ⑤ 酶和产物易于回收。 ⑥ 酶易于实现固定化。
一、酶非水相催化的几种类型
• 有机介质中的酶催化 •气相介质中的酶催化 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。 •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。
•离子液介质中的酶催化 酶在离子液中进行的催化作用。离子液（ionic
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。
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
酶的非水相催化
水介质酶催化体系中，水 分的影响是至关重要的，要使酶能够表现出最 大的催化活力，确定适宜的水活度就显得十分 重要。不同种类的酶因为其分子结构的不同， 维持酶具有活性构象的必需水量也就不同，即 使是同一种类的酶，由于酶的来源不同，所需 的水量也会有显著不同。 最适水含量：催化反应速度达到最大时的 水含量。最适水含量随溶剂极性的增加而增加。 最佳水活度与溶剂极性大小没有关系，可以确 切研究非水介质酶催化作用，一般控制在0.50.6之间。
2 有机溶剂对酶活性的影响
极性较强的有机溶剂能够夺取酶蛋白表面的“必需 水”，扰乱酶分子的天然构象的形成，从而导致酶 的失活。 极性系数lgP：P为溶剂在正辛烷与水两相中的分配 系数。lgP越小，极性越强。 lgP小于2的极性溶剂不宜使用。
在有机介质中进行酶催化时，应选择好所用 溶剂，或通过酶分子修饰提高酶的亲水性。
（三）有机溶剂对酶催化反应的影响 1 2 3 4 有机溶剂对酶结构的影响 有机溶剂对酶催化活力的影响 有机溶剂对底物和产物的影响 有机溶剂对酶选择性的影响
酶在非水介质中的存在形式 一、固态酶。 冻干酶粉、固定化酶、结晶酶 以固体形式悬浮在有机溶剂中 二、可溶解酶。 水溶性大分子共价修饰酶 非共价修饰的高分子—酶复合物 表面活性剂—酶复合物 微乳液中的酶等
（二）水对非水介质中酶催化的影响 酶只有在一定量水的存在下，才能进行催 化反应，特别是在有机介质中的酶催化反应， 水含量的多少对酶的空间构象、催化活性、稳 定性、催化反应的速度、底物和产物的溶解度 等都有密切关系。
1 必需水
维持酶分子完整的空间构象所必需 的最低水量。 氢键、盐键等次级键。 在无水的条件下，酶的空间构象被 破坏，酶将变性失活。 通过必需水的调控，可以调节有机 介质中酶的催化活性和选择性。
2 有机溶剂对酶活性的影响
极性较强的有机溶剂能够夺取酶蛋白表面的“必需 水”，扰乱酶分子的天然构象的形成，从而导致酶 的失活。 极性系数lgP：P为溶剂在正辛烷与水两相中的分配 系数。lgP越小，极性越强。 lgP小于2的极性溶剂不宜使用。
在有机介质中进行酶催化时，应选择好所用 溶剂，或通过酶分子修饰提高酶的亲水性。
（三）有机溶剂对酶催化反应的影响 1 2 3 4 有机溶剂对酶结构的影响 有机溶剂对酶催化活力的影响 有机溶剂对底物和产物的影响 有机溶剂对酶选择性的影响
酶在非水介质中的存在形式 一、固态酶。 冻干酶粉、固定化酶、结晶酶 以固体形式悬浮在有机溶剂中 二、可溶解酶。 水溶性大分子共价修饰酶 非共价修饰的高分子—酶复合物 表面活性剂—酶复合物 微乳液中的酶等
（二）水对非水介质中酶催化的影响 酶只有在一定量水的存在下，才能进行催 化反应，特别是在有机介质中的酶催化反应， 水含量的多少对酶的空间构象、催化活性、稳 定性、催化反应的速度、底物和产物的溶解度 等都有密切关系。
1 必需水
维持酶分子完整的空间构象所必需 的最低水量。 氢键、盐键等次级键。 在无水的条件下，酶的空间构象被 破坏，酶将变性失活。 通过必需水的调控，可以调节有机 介质中酶的催化活性和选择性。
【生物学】第六章酶的非水相催化
第六章酶的非水相催化◆人们以往普遍认为只有在水溶液中酶才具有催化活性。
◆酶在非水相介质中催化反响的研究:在理论上进行了非水介质〔包括有机溶剂介质，超临界流体介质，气相介质，离子液介质等〕中酶的结构与功能、非水介质中酶的作用机制，非水介质中酶催化作用动力学等方面的研究，初步建立起非水酶学〔non-aqueousenzymology〕的理论体系。
◆非水介质中酶催化作用的应用研究，取得显著成果。
1.酶非水相催化的研究概况◆酶在非水介质中进行的催化作用称为酶的非水相催化。
有机介质中的酶催化：◆有机介质中的酶催化是指酶在含有一定量水的有机溶剂中进行的催化反响。
◆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全然维持其完整的结构和活性中心的空间构象，因此能够发扬其催化功能。
◆酶在有机介质中起催化作用时，酶的底物特异性、立体选择性、区域选择性、键选择性和热稳定性等都有所改变。
气相介质中的酶催化：◆气相介质中的酶催化是指酶在气相介质中进行的催化反响。
◆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响。
◆由于气体介质的密度低，扩散轻易，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。
超临界流体介质中的酶催化：◆超临界介质中的酶催化是指酶在超临界流体中进行的催化反响。
◆用于酶催化反响的超临界流体应当对酶的结构没有破坏作用，对催化作用没有明显的不良碍事；具有良好的化学稳定性，对设备没有腐蚀性；超临界温度不能太高或太低，最好在室温四面或在酶催化的最适温度四面；超临界压力不能太高，可节约压缩动力费用；超临界流体要轻易获得，价格要廉价等。
离子液介质中的酶催化：◆离子液介质中的酶催化是指酶在离子液中进行的催化作用。
◆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，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。
酶的非水相催化
■有机溶剂对酶活性的影响
有些有机溶剂，特别是极性较强的有机溶剂，如甲 醇、乙醇等，会夺取酶分子的结合水，影响酶分子微 环境的水化层，从而降低酶的催化活性，甚至引起酶 的变性失活。 有机溶剂的极性越强，越容易夺取酶分子结合水， 对酶活力的影响就越大。 例如，正己烷能够夺取酶分子0.5%的结合水，甲 醇可以夺取酶分子结合水的60%。
■与水溶性有机溶剂组成的均一体系
酶和底物都是以溶解状态存在于均一体系 中。由于极性大的有机溶剂对一般酶的催化活 性影响较大，所以能在该反应体系中进行催化 反应的酶较少。
然而该体系近几年来却受到极大的关注。 这是因为辣根过氧化物酶（HRP）可以在均一 体系中催化酚类或芳香胺类底物聚合生成聚酚 或聚胺类物质。
◆水对酶分子空间构象的影响
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。 必需水与酶分子的结构和性质有密切关系。不同 的酶，所要求的必需水的量差别很大。 因为必需水是维持酶分子结构中氢键、盐键等副 键所必需的，而氢键和盐键又是酶空间结构的主要稳 定因素，故酶分子一旦失去必需水，就必将破坏其空 间构象失去催化功能。
此后，人们对有机介质中酶的催 化作用进行了许多研究
许多酶都可以在适当的有机介质中 起催化作用。而且酶在有机介质中的热 稳定性比水溶液中显著提高。 近20多年来，酶在非水介质，特别 是有机介质中的催化反应受到重视，发 展很快。
第二节 有机介质中水和有机溶剂 对酶催化反应的影响
一、有机介质反应体系 ■微水介质体系 微水主要是酶分子的结合水，它对维持酶分子的空 间构象和催化活性至关重要。另外一部分水分配在有机溶 剂中。 由于酶分子不能溶解于疏水有机溶剂，所以酶以冻 干粉或固定化酶的形式悬浮于有机介质中，在悬浮状态下 进行催化反应。 通常所说的有机介质反应体系主要是指微水介质体系。
第九章酶的非水相催化
冻干 除去抑制剂
枯草杆菌蛋白酶得分子记忆
原理:
竞争性抑制剂诱导酶活性中心构象发生变化,形 成一种高活性得构象形式,而此种构象形式在除 去抑制剂后,因酶在有机介质中得高度刚性而得 到保持。
水直接或间接参与了酶天然构象中所有得非共 价相互作用,水充当了酶结构得“润滑剂”,使酶分 子得柔性增强,原来形成得高活性构象不再保持 。
Ø介质得转换对酶得化学键选择性有不同程度得影响
(2)分子记忆
根据分子识别理论,酶通过配体得诱导、相 互作用改变酶得构象,从而获得与配体类似 物结合得能力,这种由配体诱导产生得酶得 记忆得方法称为分子记忆(molecular memory)
酶蛋白分子在有机相中具有对配体得“记忆” 功能。
有机相生物印迹酶
实验现象:随着冻干时用得缓冲溶液得离子 强度增大,酶活会增大。
6、6 酶非水相催化得应用
酶 催化反应
应用
脂肪酶 肽合成 青霉素G前体肽合成
酯合成 醇与有机酸合成酯类
转酯
各种酯类生产
聚合
二酯得选择性聚合
酰基化 甘醇得酰基化
蛋白酶 肽合成 合成多肽
酰基化 糖类酰基化ຫໍສະໝຸດ 羟基化酶 氧化甾体转化
过氧化物酶 聚合
(20℃)
≤2 极性溶剂 ＞0、4 容易使酶失活,较少使用
＞2,＜4 中等极性 0、04～0、4 酶得活性难以预测,小心 使用。可以表现酶活
≥4
非极性
＜0、04 不会引起酶得变性,能保
持酶得高活性
(1)有机溶剂对酶必需水得影响
极性弱得溶剂:影响小 极性强得溶剂:夺取酶必需水 疏水性溶剂:不易溶解吸附酶必需水
酶得失水与溶剂得极性参数(lgP)和介电常数(ε)相 关,与系统中底物得极性、底物浓度和含水量均 有关系
第七章 酶的非水相催化
russellrussell将碱性磷酸酯酶冻干粉悬浮于将碱性磷酸酯酶冻干粉悬浮于44种有机溶剂种有机溶剂二甲基二甲基甲酰胺四氢呋喃乙腈和丙酮甲酰胺四氢呋喃乙腈和丙酮中密封振荡中密封振荡5h5h20h20h和和36h36h离心离心除溶剂冷冻干燥后重新悬浮于缓冲液中以对硝基苯磷酸酯为底除溶剂冷冻干燥后重新悬浮于缓冲液中以对硝基苯磷酸酯为底物测其酶活力物测其酶活力44种有机溶剂使酶发生了不同程度的不可逆失活种有机溶剂使酶发生了不同程度的不可逆失活图图772碱性磷酸酯酶在亲水有机溶剂中的不可逆失活作用碱性磷酸酯酶在亲水有机溶剂中的不可逆失活作用burkeburke用固态核磁共振方法研究了用固态核磁共振方法研究了胰凝乳蛋白酶在冷冻干燥向酶胰凝乳蛋白酶在冷冻干燥向酶粉中添加有机溶剂等过程中酶活性中心结构的变化发现活性中心的破粉中添加有机溶剂等过程中酶活性中心结构的变化发现活性中心的破坏是由于干燥脱水和添加有机溶剂冷冻干燥能破坏坏是由于干燥脱水和添加有机溶剂冷冻干燥能破坏4242的活性中心的活性中心冷冻干燥过程中加入冷冻干燥保护剂冷冻干燥过程中加入冷冻干燥保护剂如蔗糖如蔗糖会不同程度地稳定酶的活会不同程度地稳定酶的活性中心结构
•
他们还发现，有机溶剂中酶分子构象部分破坏的原因还与溶剂的介 电性有关，在高介电常数的溶剂中，随着溶剂介电常数的增大，酶分子 构象将发生去折叠、分子柔性增加。有机溶剂能使酶分子部分地去折叠， 但程度远小于冷冻干燥的过程。 • 他们试图通过测定酶活性中心的变化，解释溶剂极性对酶活力的影响。 但是他们的实验结果表明，不同介质中酶活性中心的完整性差别不大， 而酶活力却相差4个数量级。因此，他们认为酶分子活性中心的改变不是 导致不同介质中酶活力变化的主要原因，酶分子结构的动态变化很可能 是主要因素。 • 酶作为蛋白质，它在水溶液中以具有一定构象的三级结构状态存在。 这种结构和构象是酶发挥催化功能所必需的“紧密”(compact)而又有 “柔性”(flexibility)的状态。
•
他们还发现，有机溶剂中酶分子构象部分破坏的原因还与溶剂的介 电性有关，在高介电常数的溶剂中，随着溶剂介电常数的增大，酶分子 构象将发生去折叠、分子柔性增加。有机溶剂能使酶分子部分地去折叠， 但程度远小于冷冻干燥的过程。 • 他们试图通过测定酶活性中心的变化，解释溶剂极性对酶活力的影响。 但是他们的实验结果表明，不同介质中酶活性中心的完整性差别不大， 而酶活力却相差4个数量级。因此，他们认为酶分子活性中心的改变不是 导致不同介质中酶活力变化的主要原因，酶分子结构的动态变化很可能 是主要因素。 • 酶作为蛋白质，它在水溶液中以具有一定构象的三级结构状态存在。 这种结构和构象是酶发挥催化功能所必需的“紧密”(compact)而又有 “柔性”(flexibility)的状态。
酶的非水相催化
而达到最大反应速度的水活度却变化不大，都在的范围内。 还可以在只含有微量水的有机介质（microaqueous media,又称为微水介质）中进行催化反应。
异性、立体选择性、区域选择性、键选 在有机介质酶催化反应中，有机溶剂对酶的活力、酶的稳定性、酶的催化特性及酶催化速度等都有显著影响。
产物是:酯类、肽类、手性醇等有机化合物
择性和热稳定性等都有所改变。 因此，作为催化介质使用的有机溶剂必须通过实验进行选择、确定。
二、气相介质中的酶催化
气相介质中的酶催化是指酶在气相介 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，
所以酶在气象介质中的酶催化作用与在 水溶液中的催化作用有明显的不同特点 。
。 有机溶剂中酶对底物的对映体选择性由于介质的亲(疏)水性的变化而发生改变，例如胰凝乳蛋白酶，胰蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶、弹性
蛋白酶等蛋白水解酶对于底物N—Ac-A1a—OetCl(N—乙酰基丙氨酸氯乙酯)的立体选择因子[即(kcaL／Km)l／(kcat／Km)D的比值]在有
aw=rwXw
体系
是
由
水
和
极
性
较
大
的
有
机
溶
剂
互
相混合组成的反应体系。 三、超临界流体介质中的酶催化
酶催化过程，pH值影响酶活性中心基团和底物的解离状态，直接影响酶的催化活性; 第三节
酶和反 酶在有机介质中的催化特性
而最佳水活度与溶剂的极性大小无关。
应
底
物
都
是
以
溶
解
状
态
存
在
均
一
体
异性、立体选择性、区域选择性、键选 在有机介质酶催化反应中，有机溶剂对酶的活力、酶的稳定性、酶的催化特性及酶催化速度等都有显著影响。
产物是:酯类、肽类、手性醇等有机化合物
择性和热稳定性等都有所改变。 因此，作为催化介质使用的有机溶剂必须通过实验进行选择、确定。
二、气相介质中的酶催化
气相介质中的酶催化是指酶在气相介 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，
所以酶在气象介质中的酶催化作用与在 水溶液中的催化作用有明显的不同特点 。
。 有机溶剂中酶对底物的对映体选择性由于介质的亲(疏)水性的变化而发生改变，例如胰凝乳蛋白酶，胰蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶、弹性
蛋白酶等蛋白水解酶对于底物N—Ac-A1a—OetCl(N—乙酰基丙氨酸氯乙酯)的立体选择因子[即(kcaL／Km)l／(kcat／Km)D的比值]在有
aw=rwXw
体系
是
由
水
和
极
性
较
大
的
有
机
溶
剂
互
相混合组成的反应体系。 三、超临界流体介质中的酶催化
酶催化过程，pH值影响酶活性中心基团和底物的解离状态，直接影响酶的催化活性; 第三节
酶和反 酶在有机介质中的催化特性
而最佳水活度与溶剂的极性大小无关。
应
底
物
都
是
以
溶
解
状
态
存
在
均
一
体
第26次课第6章酶的非水相催化精品文档
不同介质中酶活性中心的完整性相差 不大，但酶活力却相差4个数量级。 因此认为酶分子结构的动态变化很可 能是主要因素.
北口博司认为酶分子的“紧密”和 “开启”两种状态处于一种可动平衡 中，表现出一定柔性。
有机溶剂中酶分子和水合作用、蛋白 质柔性和酶活力之间和关系比过去的 认识要复杂得多。
酶结合水 酶
水或有机剂
4、（正）胶束体系
大量水溶液中含少量与水不溶的有机溶剂，加入表面活性剂形 成水包油微小液滴； 表面活性剂极性端朝外,非极性端朝内,有机溶剂包在液滴内部; 酶在水溶液中,疏水底物或产物在胶束内,反应在胶束界面进行.
有机相 酶
水相
5、反相胶束体系
反相胶束: 在与水不互溶的在量有机溶剂中,加入表面活性剂后形成的 油包水的微小水滴；
有机溶剂中 酶含水量>最适水量，酶构象过于“柔性”，因变 构而失活；
最适水量：蛋白质结构的动力学刚性和热力学稳定性之间的最 佳点平衡点，酶活性最大，保证酶的极性部位水合，表现酶活 力所必需
同一种酶，反应系统的最适水量与有机溶剂的种类、酶的纯度、 固定化酶的载体性质核修饰性质有关
3.水活度（activity of water)
气相介质的酶催化
指酶在气相介质中进行催化反应； 适用范围：底物是气体或能转化为气体的物
质； 特性：气体介质密度低，扩散容易；与在水
相中明显不同；
有优于液相反应的优点：某些酶在液相中使用受到一定的 限制，如酶和辅酶的操作不稳定性，底物及产物的不溶性 和酶的活性被产物抑制等，而气相中的反应就可以克服这 些缺点，而且气相中的酶促反应更利于易挥发性产品的生 产； Hwang 等研究了固定化醇氧化酶在气相中的催化反应
水的影响
另一方面水是导致酶的热失活的重要因素,有水存在时随着温 度的升高酶分子会发生以下变化而失活: (1)形成不规则结构; (2)二硫键受到破坏; (3)天冬酰胺和谷氨酰胺水解变为相应的天冬氨酸和谷氨酸; (4)天冬氨酸肽键发生水解.
北口博司认为酶分子的“紧密”和 “开启”两种状态处于一种可动平衡 中，表现出一定柔性。
有机溶剂中酶分子和水合作用、蛋白 质柔性和酶活力之间和关系比过去的 认识要复杂得多。
酶结合水 酶
水或有机剂
4、（正）胶束体系
大量水溶液中含少量与水不溶的有机溶剂，加入表面活性剂形 成水包油微小液滴； 表面活性剂极性端朝外,非极性端朝内,有机溶剂包在液滴内部; 酶在水溶液中,疏水底物或产物在胶束内,反应在胶束界面进行.
有机相 酶
水相
5、反相胶束体系
反相胶束: 在与水不互溶的在量有机溶剂中,加入表面活性剂后形成的 油包水的微小水滴；
有机溶剂中 酶含水量>最适水量，酶构象过于“柔性”，因变 构而失活；
最适水量：蛋白质结构的动力学刚性和热力学稳定性之间的最 佳点平衡点，酶活性最大，保证酶的极性部位水合，表现酶活 力所必需
同一种酶，反应系统的最适水量与有机溶剂的种类、酶的纯度、 固定化酶的载体性质核修饰性质有关
3.水活度（activity of water)
气相介质的酶催化
指酶在气相介质中进行催化反应； 适用范围：底物是气体或能转化为气体的物
质； 特性：气体介质密度低，扩散容易；与在水
相中明显不同；
有优于液相反应的优点：某些酶在液相中使用受到一定的 限制，如酶和辅酶的操作不稳定性，底物及产物的不溶性 和酶的活性被产物抑制等，而气相中的反应就可以克服这 些缺点，而且气相中的酶促反应更利于易挥发性产品的生 产； Hwang 等研究了固定化醇氧化酶在气相中的催化反应
水的影响
另一方面水是导致酶的热失活的重要因素,有水存在时随着温 度的升高酶分子会发生以下变化而失活: (1)形成不规则结构; (2)二硫键受到破坏; (3)天冬酰胺和谷氨酰胺水解变为相应的天冬氨酸和谷氨酸; (4)天冬氨酸肽键发生水解.
第六章酶的非水相催化
第六章酶的非水相催化教学目的：使学生了解并掌握酶非水相催化的概念及意义，掌握酶非水相催化技术。
教学重点、难点：酶非水相催化机理。
教学方法：讲授教学手段：多媒体第一节酶非水相催化研究概况一、概念及分类（一）、概念：酶在非水介质中进行的催化作用。
1984 年，美国A.M.Klibanov 在《科学》上发表一篇关于酶在有机介质中催化条件和特点的综述，并成功酶促合成了酯、肽、手性醇等许多有机化合物。
指出，酶可在非生物体系的疏水介质中催化天然或非天然的疏水性底物和产物的转化，对酶只能在水溶液中起作用的传统酶学思想提出了挑战。
（二）、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作用适用范围：底物、产物两者或其中之一为疏水性物质的酶催化作用。
主要研究对象2、气相介质中的酶催化指酶在气相介质中进行的酶催化反应。
适用范围：底物是气体或者能够转化为气体物质的酶催化反应。
研究较少。
3、超临界流体介质中的酶催化指酶在超临界流体中进行的催化反应。
, 绿色化学? ——无毒、无害要求，代替有机溶剂4、离子液介质中酶的催化离子液：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，挥发性低、稳定性好；酶反应具有良好的稳定性和区域选择性、立体选择性、键选择性等优点。
二、有机相酶反应的优点1.有利于疏水性底物的反应。
（主要提高脂溶性底物的溶解度，有利于高浓度底物连续生物转化。
）2.可提高酶的热稳定性，提高反应温度加速反应。
3.能催化在水中不能进行的反应（有许多难溶于水的非极性底物能够溶于有机溶剂中）4.可改变反应平衡移动方向（使许多热力学平衡从加水分解反应转为其逆反应，如酶合成，酯交换等）主要朝着合成而不是水解的方向进行。
5.可控制底物专一性（不同底物反应所选最适溶剂不一定相同）。
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。
（酶不溶于有机溶剂，有利于产物分离和酶的回收利用，且从低沸点的溶剂中分离纯化产物比水中容易。
第七讲 酶的非水相催化
反胶束体系
①溶剂：
非极性有机溶剂，常用的是六碳以上的直链及支链烷 烃、部分芳香族化合物及卤代烷烃（辛烷、氯仿、二 乙醚），其中正辛烷或异辛烷用得最多
②表面活性剂：
阳离子型(CTAB：溴化十六烷基三甲基胺) 阴离子型(AOT：2-乙基己基-琥珀酸酯磺酸钠) 非离子型（Tween系列） 两性型（卵磷脂）
国内外研究进展：
用酶催化转酯反应拆分外消旋体得高光学纯度对应体 在酶促反应体系中添加ß -糊精可提高对映体的纯度 枯草溶菌素有效催化合成氨基酸及肽的转酯等 杨波等提出了有机溶剂中在脂肪酶的催化作用下含手 性中心碳原子的胺类化合物酰胺化的异构选择性规则 李志远等用胰脂酶在有机介质中催化反应得到高光学 纯度的2-氨基丙醇（R-）和（S+）对映体 宗敏华等探讨了超声辐射对有机相中脂肪酶催化有机 硅醇与脂肪酸反应的促进作用 刘平等研究了有机溶剂中酶催化合成五肽前体的反应
近年来受到人们的普遍关注，其中研究最多的是肽的合成 和脂肪酶的催化反应： Xing等研究了AOT／正辛烷的反胶束体系中α-胰凝乳蛋白酶催 化合成肽衍生物的反应得到56％～88％的产率，而且还对反应 体系的Wo值、反应时间和酶浓度等条件进行了讨论； Chen等在反胶束体系中用不同的蛋白酶合成了二肽； Tsai等研究了AOT／异辛烷／磷酸盐缓冲液中脂肪酶催化油脂 水解反应时表面活性剂浓度对脂肪酶水解活力的影响； 李干佐等研究了AOT／异辛烷／水体系中解脂假丝酵母脂肪酶 催化庚酸和庚醇的酯化反应动力学； Rees等研究了阳离子表面活性剂CTAB的反胶束体系中有色黏 性细菌脂肪酶催化癸酸辛酯的合成； 马成松等还研究了辣根过氧化物酶在AOT／水／异辛烷中多底 物酶促反应等。
分析反胶束体系应用较广的原因？
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6.3 酶在有机介质中的催化特性
酶在有机介质中起催化作用时，由于有机溶剂的极性与水有很大差 别，对酶的表面结构、活性中心的结合部位和底物性质都会产生一定的 影响，从而显示出与水相介质中不同的催化特性
底物特异性 立体选择性 位置特异性 化学选择性 热稳定性
底物特异性: 底物特异性:是指酶具有区分两个结构相 似的不同底物的能力。 似的不同底物的能力。它取决于底物疏 水性能的差异。 水性能的差异。
底物的种类和浓度
有机溶剂的种类
水含量
温度
pH
离子强度
化学选择性： 化学选择性：酶选择性地催化底物分子 中不同功能基团中某个基团的反应的特 性。
热稳定性：分为两种情况， 热稳定性：分为两种情况，一种是酶处 于高温中， 于高温中，随着时间延长逐步发生的不 可逆的失去活性；另一种是由热诱导产 可逆的失去活性； 生的酶分子整体伸展失活， 生的酶分子整体伸展失活，这种通常是 瞬间的、可逆的失活。 瞬间的、可逆的失活。
本章 目录
6.4 有机介质中酶催化反应的条件及 其控制
酶在有机介质中可以催化多种反应，主要包括：合成反应、转 移反应、醇解反应、氨解反应、异构反应、氧化还原反应、裂 合反应等。 主要应控制的条件有
酶的种类和浓度 底物的种 本章 目录
酶的种类和浓度
在有机介质中进行的酶促反应，可以省略产物的萃取分离过程 提高收率。 在有机介质中进行的酶促反应，可以省略产物的萃取分离过程, 提高收率。
某些酶在有机介质与水溶液中的热稳定性
酶 猪胰脂肪酶 酵母脂肪酶 脂蛋白脂肪酶 胰凝乳蛋白酶 枯草杆菌蛋白酶 核糖核酸酶 酸性磷酸酶 腺苷三磷酸酶 ( F1-ATPase) 限制性核酸内切酶 （Hind Ⅲ） β-葡萄糖苷酶 溶菌酶 介质条件 三丁酸甘油酯 水， pH7.0 三丁酸甘油酯/庚醇 水，pH7.0 甲苯，90℃，400 h 正辛烷，100℃ 水，pH 8.0, 55℃ 正辛烷，110℃ 壬烷，110℃，6 h 水，pH 8.0, 90℃ 正十六烷，80℃ 水，70℃ 甲苯，70℃ 水， 60℃ 正庚烷，55℃，30d 2-丙醇，50℃，30 h 环己烷，110℃ 水90℃ 热稳定性 T1/2 < 26 h T1/2 < 2 min T1/2 =1.5 h T1/2 < 2 min 活力剩余40％ T1/2 = 80 min T1/2 = 15 min T1/2 = 80 min 活力剩余95％ T1/2 < 10 min T1/2 = 8 min T1/2 = 1 min T1/2 > 24 h T1/2 < 10 min 活力不降低 活力剩余80％ T1/2 =140 min T1/2 = 10 min
立体选择性： 立体选择性：分为对映体选择性和潜手 性选择性。 性选择性。 酶的对映体选择性是指酶识别外消旋化 合物中某种构象的对映体的能力。 合物中某种构象的对映体的能力。 潜手性特异性是指酶作用于潜手性化合 物产生某种构象的对映体的能力。 物产生某种构象的对映体的能力。
位置特异性： 位置特异性：酶可以选择性地催化底物 中某个区域的基团发生反应就是位置特 异性。 异性。
其他特性： 其他特性： 分子记忆 ph记忆和离子强度 ph记忆和离子强度
有机介质酶催化反应的优点
酶在有机介质中由于水分子的减少，相对来说酶分子的构象表现出比 水溶液中更具有“刚性”特点。因而使通过选择不同性质的溶剂来调 “刚性” 因而使通过选择不同性质的溶剂来调 控酶的某些特性成为可能。 控酶的某些特性成为可能。例如在有机溶剂中，可以利用酶与配体的 相互作用性质，诱导改变酶分子的构象，调控酶的底物专一性、立体 选择性和手性选择性等。 由于引起酶变性的许多因素都与水的存在有关, 因此在有机介质中 由于引起酶变性的许多因素都与水的存在有关, 酶的稳定性得到显著提高。 酶的稳定性得到显著提高。 由于有机溶剂的存在, 水量减少， 由于有机溶剂的存在, 水量减少，大大降低了许多需要水参与的副 反应，如酸酐的水解、氰醇的消旋化和酰基转移等。 反应
酶在有机介质中起催化作用时，由于有机溶剂的极性与水有很大差 别，对酶的表面结构、活性中心的结合部位和底物性质都会产生一定的 影响，从而显示出与水相介质中不同的催化特性
底物特异性 立体选择性 位置特异性 化学选择性 热稳定性
底物特异性: 底物特异性:是指酶具有区分两个结构相 似的不同底物的能力。 似的不同底物的能力。它取决于底物疏 水性能的差异。 水性能的差异。
底物的种类和浓度
有机溶剂的种类
水含量
温度
pH
离子强度
化学选择性： 化学选择性：酶选择性地催化底物分子 中不同功能基团中某个基团的反应的特 性。
热稳定性：分为两种情况， 热稳定性：分为两种情况，一种是酶处 于高温中， 于高温中，随着时间延长逐步发生的不 可逆的失去活性；另一种是由热诱导产 可逆的失去活性； 生的酶分子整体伸展失活， 生的酶分子整体伸展失活，这种通常是 瞬间的、可逆的失活。 瞬间的、可逆的失活。
本章 目录
6.4 有机介质中酶催化反应的条件及 其控制
酶在有机介质中可以催化多种反应，主要包括：合成反应、转 移反应、醇解反应、氨解反应、异构反应、氧化还原反应、裂 合反应等。 主要应控制的条件有
酶的种类和浓度 底物的种 本章 目录
酶的种类和浓度
在有机介质中进行的酶促反应，可以省略产物的萃取分离过程 提高收率。 在有机介质中进行的酶促反应，可以省略产物的萃取分离过程, 提高收率。
某些酶在有机介质与水溶液中的热稳定性
酶 猪胰脂肪酶 酵母脂肪酶 脂蛋白脂肪酶 胰凝乳蛋白酶 枯草杆菌蛋白酶 核糖核酸酶 酸性磷酸酶 腺苷三磷酸酶 ( F1-ATPase) 限制性核酸内切酶 （Hind Ⅲ） β-葡萄糖苷酶 溶菌酶 介质条件 三丁酸甘油酯 水， pH7.0 三丁酸甘油酯/庚醇 水，pH7.0 甲苯，90℃，400 h 正辛烷，100℃ 水，pH 8.0, 55℃ 正辛烷，110℃ 壬烷，110℃，6 h 水，pH 8.0, 90℃ 正十六烷，80℃ 水，70℃ 甲苯，70℃ 水， 60℃ 正庚烷，55℃，30d 2-丙醇，50℃，30 h 环己烷，110℃ 水90℃ 热稳定性 T1/2 < 26 h T1/2 < 2 min T1/2 =1.5 h T1/2 < 2 min 活力剩余40％ T1/2 = 80 min T1/2 = 15 min T1/2 = 80 min 活力剩余95％ T1/2 < 10 min T1/2 = 8 min T1/2 = 1 min T1/2 > 24 h T1/2 < 10 min 活力不降低 活力剩余80％ T1/2 =140 min T1/2 = 10 min
立体选择性： 立体选择性：分为对映体选择性和潜手 性选择性。 性选择性。 酶的对映体选择性是指酶识别外消旋化 合物中某种构象的对映体的能力。 合物中某种构象的对映体的能力。 潜手性特异性是指酶作用于潜手性化合 物产生某种构象的对映体的能力。 物产生某种构象的对映体的能力。
位置特异性： 位置特异性：酶可以选择性地催化底物 中某个区域的基团发生反应就是位置特 异性。 异性。
其他特性： 其他特性： 分子记忆 ph记忆和离子强度 ph记忆和离子强度
有机介质酶催化反应的优点
酶在有机介质中由于水分子的减少，相对来说酶分子的构象表现出比 水溶液中更具有“刚性”特点。因而使通过选择不同性质的溶剂来调 “刚性” 因而使通过选择不同性质的溶剂来调 控酶的某些特性成为可能。 控酶的某些特性成为可能。例如在有机溶剂中，可以利用酶与配体的 相互作用性质，诱导改变酶分子的构象，调控酶的底物专一性、立体 选择性和手性选择性等。 由于引起酶变性的许多因素都与水的存在有关, 因此在有机介质中 由于引起酶变性的许多因素都与水的存在有关, 酶的稳定性得到显著提高。 酶的稳定性得到显著提高。 由于有机溶剂的存在, 水量减少， 由于有机溶剂的存在, 水量减少，大大降低了许多需要水参与的副 反应，如酸酐的水解、氰醇的消旋化和酰基转移等。 反应