酶在有机介质中的催化反应
酶工程作业题及答案
⏹为什么滞后合成型的酶要在细胞生长一段时间甚至进入平衡期以后才开始合成?滞后合成型的酶之所以要在细胞生长一段时间甚至进入平衡期以后才开始合成,主要原因是由于受到培养基中存在的阻遏物的阻遏作用。
只有随着细胞的生长,阻遏物几乎被细胞用完而使阻遏解除后,酶才开始大量合成。
若培养基中不存在阻遏物,该酶的合成可以转为延续合成型。
该类型酶所对应的mRNA稳定性很好,可以在细胞生长进入平衡期后的相当长的一段时间内,继续进行酶的生物合成。
⏹酶的发酵生产过程中,要使酶的产率提高,可以采取哪些措施?使用优良的产酶细胞;使用优良的发酵生产设备;采用先进的分离纯化技术和设备;控制好工艺条件;采取某些行之有效的措施。
添加诱导物对于诱导酶的发酵生产,在发酵过程中的某个适宜的时机,添加适宜的诱导物,可以显著提高酶的产量。
例如,乳糖诱导β-半乳糖苷酶,纤维二糖诱导纤维素酶,蔗糖甘油单棕榈酸诱导蔗糖酶的生物合成等。
诱导物一般可以分为3类:酶的作用底物,作用底物的类似物 ,酶的催化反应产物.控制阻遏物的浓度阻遏作用根据机理不同,可分为:产物阻遏和分解代谢物阻遏两种。
1.产物阻遏作用是由酶催化作用的产物或者代谢途径的末端产物引起的阻遏作用。
为了减少或者解除分解代谢物阻遏作用,应当控制培养基中葡萄糖等容易利用的碳源的浓度。
2.分解代谢物阻遏作用是由分解代谢物(葡萄糖等和其它容易利用的碳源等物质经过分解代谢而产生的物质)引起的阻遏作用。
较采用其他难利用的碳源,如淀粉等采用补料、分次流加碳源添加一定量的环腺苷酸(cAMP)对于受代谢途径末端产物阻遏的酶,可以通过控制末端产物的浓度的方法使阻遏解除。
添加表面活性剂表面活性剂可以与细胞膜相互作用,增加细胞的透过性,有利于胞外酶的分泌,从而提高酶的产量。
将适量的非离子型表面活性剂,如吐温(Tween)、特里顿(Triton)等添加到培养基中,可以加速胞外酶的分泌,而使酶的产量增加。
由于离子型表面活性剂对细胞有毒害作用,尤其是季胺型表面活性剂(如‘新洁而灭’等)是消毒剂,对细胞的毒性较大,不能在酶的发酵生产中添加到培养基中。
《酶工程》课后知识题目解析
《酶工程》课后知识题目解析第一章酶工程基础1.名词解释:酶工程、比活力、酶活力、酶活国际单位、酶反应动力学①酶工程:由酶学与化学工程技术、基因工程技术、微生物学技术相结合而产生的一门新技术,是工业上有目的地设计一定的反应器和反应条件,利用酶的催化功能,在常温常压下催化化学反应,生产人类所需产品或服务于其它目的地一门应用技术。
②比活力:指在特定条件下,单位质量的蛋白质或RNA所拥有的酶活力单位数。
③酶活力:也称为酶活性,是指酶催化某一化学反应的能力。
其大小可用在一定条件下,酶催化某一化学反应的速度来表示,酶催化反应速度愈大,酶活力愈高。
④酶活国际单位: 1961年国际酶学会议规定:在特定条件(25℃,其它为最适条件)下,每分钟内能转化1μmol底物或催化1μmol产物形成所需要的酶量为1个酶活力单位,即为国际单位(IU)。
⑤酶反应动力学:指主要研究酶反应速度规律及各种因素对酶反应速度影响的科学。
2.说说酶的研究简史酶的研究简史如下:(1)不清楚的应用:酿酒、造酱、制饴、治病等。
(2)酶学的产生:1777年,意大利物理学家 Spallanzani 的山鹰实验;1822年,美国外科医生Beaumont 研究食物在胃里的消化;19世纪30年代,德国科学家施旺获得胃蛋白酶。
1684年,比利时医生Helment提出ferment—引起酿酒过程中物质变化的因素(酵素);1833年,法国化学家Payen和Person用酒精处理麦芽抽提液,得到淀粉酶;1878年,德国科学家K?hne提出enzyme—从活生物体中分离得到的酶,意思是“在酵母中”(希腊文)。
(3)酶学的迅速发展(理论研究):1926年,美国康乃尔大学的”独臂学者”萨姆纳博士从刀豆中提取出脲酶结晶,并证明具有蛋白质的性质;1930年,美国的生物化学家Northrop分离得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶结晶,确立了酶的化学本质。
3.说说酶工程的发展概况I.酶工程发展如下:①1894年,日本的高峰让吉用米曲霉制备淀粉酶,酶技术走向商业化:②1908年,德国的Rohm用动物胰脏制得胰蛋白酶,皮革软化及洗涤;③1911年,Wallerstein从木瓜中获得木瓜蛋白酶,用于啤酒的澄清;④1949年,用微生物液体深层培养法进行-淀粉酶的发酵生产,揭开了近代酶工业的序幕;⑤1960年,法国科学家Jacob和Monod 提出的操纵子学说,阐明了酶生物合成的调节机制,通过酶的诱导和解除阻遏,可显著提高酶的产量;⑥1971年各国科学家开始使用“酶工程”这一名词。
第七章 有机介质中的酶反应.
3.能催化在水中不能进行的反 9.酶和产物易于回收。 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 10.可避免微生物污染。
10
三. 有机相酶反应具备条件
1. 2. 3. 4. 保证必需水含量。 选择合适的酶及酶形式。 选择合适的溶剂及反应体系。 选择最佳pH值。
加入适量的水,能使酶活 性中心的极性和柔性提高, 从而使酶活急剧升高。 再增加含水量时,非但不 会增加酶的催化活力,反 而会引起酶活力的降低。
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原因
酶分子结构的柔性过大,酶的构象将向疏水环境下热 力学稳定的状态变化,引起酶分子结构的改变而使酶 失去活性。
水分子在活性位点之间形成水束,通过介电屏蔽的作 用,掩盖了活性部位的极性。
第七章 有机介质中的酶反应
Enzymatic catalysis in Non-aqueous system
1
Contents of chapter 6
Go Go
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
Go
26
溶解在溶剂中的水
结合在酶分 子上的水
水活度
结合在其他 组分上的水
气相中的水蒸气
27
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 便的表示或处理体系的平衡状态 3 可以在反应到达平衡时通过测定体系的气体湿度 比较方便的测定出水活度。
有机介质中的酶催化名词解释
有机介质中的酶催化名词解释
有机介质中的酶催化是指酶在有机介质中催化生物化学反应的过程。
有机介质是指由有机化合物构成的溶剂,如乙醇、甲醇、丙酮等。
酶是一种特殊的蛋白质,能够加速化学反应的速率并降低反应所需的能量。
在有机介质中,酶的活性和稳定性与在水中不同,因此需要对酶的反应条件进行调整。
有机介质中的酶催化具有以下优点:
1. 扩大了酶反应的适用范围,使得一些水溶性的酶可以应用于有机反应中。
2. 由于有机介质具有较小的极性,因此可避免水分子的竞争,使得酶催化反应的效率更高。
3. 有机介质中的酶催化可以降低反应温度和反应时间,提高反应产物的纯度。
但是,有机介质中的酶催化也存在一些限制和挑战,如:
1. 有机介质的溶解度和毒性可能会影响酶的活性和稳定性,因此需要进行优化和评估。
2. 酶的选择和修饰需要考虑有机介质的特性和反应条件,以提高催化效率和选
择性。
综上所述,有机介质中的酶催化是一种有潜力的生物催化技术,可以扩大酶催化反应的适用范围和提高反应效率,但仍需要进一步研究和优化。
酶工程名词解释
酶工程:由酶学与化学工程技术、基因工程技术、微生物学技术相结合而产生的一门新的技术科学。
它利用酶的催化作用,在一定的生物反应器中,将相应的原料转化成所需的产品。
锁钥学说(酶的专一性):酶与底物分子或底物分子的一部分之间,在结构上有严格的互补关系诱导契合学说:酶分子的构象与底物原来并非恰当吻合,只有当底物分子与酶分子相互碰撞时,可诱导底物的构象发生变化,使其与底物配合,然后才结合形成中间络合物,进而引起底物分子发生相应的化学变化。
酶:由生物体细胞合成的具有选择性催化功能的生物大分子( 包括蛋白质和核酸)单纯酶(simple enzyme):仅由氨基酸残基构成的酶。
结合酶(全酶)(conjugated enzyme):由蛋白部分(酶蛋白apoenzyme)和非蛋白部分(辅助因子cofactor)组成辅酶(coenzyme):与酶蛋白结合疏松,可用透析或超滤的方法除去。
辅基(prosthetic group):与酶结合紧密,不能用透析或超滤的方法除去。
酶的活性中心:酶蛋白上只有少数氨基酸残基参与酶对底物的结合和催化,这些相关氨基酸残基在空间上比较靠近,形成一个与酶显示活性直接有关的区域,称为酶的活性中心。
必需基团:酶活性中心的一些化学基团为酶发挥催化作用所必须,这些基团若经化学修饰使其改变,则酶的活性丧失,称为必需基团。
接触残基(contact residues):和底物直接接触,参与底物的化学转变,是活性中心的重要组成部分。
辅助残基(auxiliary residues):使酶与底物相互结合,辅助接触残基。
结构残基(structural residues):维持蛋白酶形成一种有规则的空间构象非贡献残基(non-contributing residues):不参与酶的催化功能,对酶活性的显示不起作用结合基团:与底物结合的部位,决定酶的专一性;催化基团:促使底物发生化学变化的部位,决定反应的性质。
结构域:蛋白质肽链中一段较独立的具有完整、致密立体结构的区域。
酶在有机介质中的催化反应
概念:
酶在含有一定量水的有机溶剂中进行催化
反应的过程。
是目前非水相酶催化溶剂反应体系
1、微水介质(含微量水) 2、水与有机溶剂的互溶体系 3、水与有机溶剂的双液相体系
4、(正)胶束体系
5、反胶束体系
二、水对有机介质中酶催化的影响
1、水与酶的柔性有关
2、结合水又称必需水,对酶的催化活性至关重 要。 3、水活度反映酶活性与水含量的关系,每种酶 的最大催化活力都在相同的最佳水活度下。
三、酶在有机介质中的催化活性
1、底物选择性 2、对映体选择性 3、区域选择性 4、热稳定性好 5、分子印记 6、pH印记
四、有机介质中酶催化反应的类型
1、合成反应(水解反应的逆反应) 2、转移反应(酯与有机酸) 3、醇解反应 4、氨解反应 5、异构反应 6、氧化还原反应 7、裂合反应
五、有机介质中酶催化的应用
1、手性药物的拆分 2、手性高分子聚合物的制备 3、酚树脂的合成 4、导电有机聚合物的合成 5、发光有机聚合物的合成 6、食品添加剂的生产 7、生物柴油的生产
第七章有机介质中的酶反应
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。
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溶解在溶剂中的水
结合在酶分 子上的水
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。
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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 (essential water)。
太多的水会使酶积聚成团,导致疏水性底物较难进入 酶的活性部位,引起传质阻力。
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二. 酶的选择
1. 酶种类的选择
应具有对抗有机介质变性的潜在能力,在有机 介质中能保持其催化活性构象。
2.酶形式的选择
(1)酶粉:
例如:有人研究a-胰凝乳蛋白酶在酒精中转酯反应, 发现催化活性随反应体系中酶量的减少而显著增加。
2.可提高酶的稳定性
8. 酶易于实现固定化。
3.能催化在水中不能进行的反 9.酶和产物易于回收。
应
10.可避免微生物污染。
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
10
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。
有机介质中酶催化合成月桂酸甾醇酯
肉膏为复合氮源 ,初 始 p H为 45 摇 瓶装量为 4 L ., 0m (0 三角瓶 )接种量为 8 30 mL , %最适合海藻糖 的积 累。 结果说 明该菌株在该 条件下其海藻糖含量稳定。
3 4 8
『1 K c i Hi eY, t 1 Poe t nb t h ls o D Af m R d— 4 i Y, r h o e . rtc o y r a e a i e o f N r o a i
由表 2可得 海藻糖 平均含 量为3 110 8 . 咖 L 所 9 ,
以, 2%的蔗糖 为碳源 、. 以 0 2%的酵母膏 和 01 . %的牛
基金项 目: 湖北省 自 然科 学资金( 04 B 0 8 ; 20 A A 9 )湖北省工业微生物重点实验室开放基金 作者 简介 : 姚晓玲(9 2 , 汉 )副教授 , 16 一)女( , 学士 , 主要从事食 品加工新技术研究工作 。 通讯作者 : 陈茂彬( 6 -) , 1 5 , 教授 , 9 男 博士, 研究方 向: 生物工程。
量 为 8% 。 在 该 条 件 下 测 得 的 海 藻 糖 含 量 为
3 28 7 咖 L 8 .5 。
4 6 8 1 O 1 2
本实验还有很 多地方需要作进一步 的研究 ,还可
以对除碳源氮源以外 的培养基配方进行优化 ,及对 除 p 装液量 、 H、 接种量以外 的发酵条件进行优化 。海藻糖 含量一定会有较大的提高 。
食品与发酵工业 ,94 4 :9 5 1 9 ( )4 - 1
『 1 C o eJH, rw C r e t F e 1 F cosa e t gte 3 rw C o eL M, ap n e J , t a tr f ci r a n h
有机溶剂中酶催化活性研究进展
有机溶剂中酶催化活性研究进展摘要:酶在有机溶剂中催化作用的研究日益受到重视,其应用范围也越来越广。
本文就有机介质中酶催化的影响因素进行了探讨,并归纳出提高酶活性的一系列方法,最后简要介绍了有机溶剂中酶的应用。
关键词:有机溶剂;酶催化一直以来,人们认为“生物催化必须在水溶液中进行”、“有机溶剂是酶的变性剂、失活剂”,而1984年,Klibanov[1]提出:“只要条件合适,酶在非生物体系的有机溶剂中同样具有催化功能”的理论使酶学概念发生了革命性的改变,并由此开创了非水相生物催化(非水酶学)的新时代。
1 有机溶剂中酶催化反应的优势研究表明,有机溶剂中的酶和水溶液中的酶一样具有高度的底物选择性。
此外,还有以下一些特点[2, 3]: (1)绝大多数有机化合物在非水系统内溶解度很高;(2)根据热力学原理,一些在水中不可能进行的反应,有可能在非水系统内进行;(3)有机溶剂可促使热力学平衡向合成方向(如酯合成、肽合成等)移动,如脂肪酶在水中催化脂肪水解,而在有机溶剂中则催化酯合成;(4)在有机溶剂中,所有有水参与的副反应(如酸酐水解)将受到抑制;(5)在有机溶剂中酶的热稳定性显著提高,可通过提高温度加速催化反应进行;(6)从非水系统内回收反应产物比水中容易;(7)在非水系统内酶很容易回收和反复使用,不需要进行固定化;(8)在有机溶剂中不易发生微生物污染;(9)更为重要的是,低水环境可用于稳定具有未知催化性质的构象异构体,以及在水中寿命极短的酶反应中间体。
目前,有机溶剂中酶催化的上述优势使得非水酶学研究成为生物化学、有机化学、生物工程等多种学科交叉的研究热点。
迄今发现能在有机溶剂中发挥催化功能的酶有十几种,主要集中于脂肪酶研究,催化的反应类型包括氧化、还原、酯合成和酯交换、脱氧、酞胺化、甲基化、羟化、磷酸化、脱氨、异构化、环氧化、开环聚合、侧链切除、缩合及卤代等。
2 影响酶催化活性的因素一直以来有机相酶催化的研究非常活跃,但到目前为止仍处于实验研究阶段,离工业化应用还有一定的距离,最大的原因就是酶在有机溶剂中活性较低。
2012级名词解释酶工程
名词解释:每章的关键词(英文),就是表达本章中心内容的有实质意义的词汇。
各章重点第一章绪论一、酶工程的概念、分类及其研究内容。
生物酶工程的内容、什么是核酶二、简述酶活力测定方法的原理;酶活力单位;比活力等第二章酶的生物合成与发酵生产一、克隆酶:利用DNA重组技术而大量生产的酶。
二、什么是抗体酶?抗体酶:抗体酶是一类免疫系统产生的、具有催化活性的抗体。
三、酶生物合成的模式四、一些概念的区别:操纵子与操纵基因、诱导酶与组成酶、胞内酶与胞外酶、产酶动力学五、原核酶合成调节的类型有哪些?六、在酶制剂工业生产中为什么以微生物发酵生产为主?七、如何提高酶的产量?1选育优良的产酶细胞株系(生产组成型酶突变株的筛选,抗分解代谢阻遏突变株的选育,抗反馈阻抑突变株的筛选)2添加诱导物3控制阻遏物浓度4添加表面活性剂5添加产酶促进剂第三章酶的提取与分离纯化一、细胞破碎的目的、方法及原理。
二、酶抽提的目的及方法。
三、常用沉淀法的种类及原理。
四、常用沉淀法的种类及原理。
盐析法分离蛋白质的原理。
五、简述酶分离纯化方法及工艺程序的选择策略。
先选用非特异的、低分辨的技术,去除主要的杂质并使酶溶液浓缩;如沉淀、超滤和吸附等。
随后采用高效分离的手段;如离子交换层析、亲和层析。
将最昂贵、最费时的分离单元放在最后阶段。
如凝胶过滤层析。
六、简述影响酶提取的主要因素及影响规律。
抽提溶质的性质(酸性酶宜用碱性溶剂抽提,碱性酶宜用酸性溶液抽提,极性大的酶宜用极性溶剂抽提,含有较多非极性基团的酶宜用有机溶剂抽提。
)。
抽提溶剂的用量(增加用量可以提高酶的提取率。
但是过量的抽提溶剂,会使酶的浓度降低,对酶的进一步分离纯化不利。
用量一般为原料体积的3~5倍,最好分次抽提)温度(提取时温度对酶的提前效果有明显影响。
一般来说,适当提高温度,可以提高酶的溶解度,增大酶分子的扩散速度。
但温度过高易引起酶变性失活,所以提取温度不宜过高。
要根据被抽提酶的酶学性质选择适宜温度)pH 对酶的溶解度和稳定性有显著影响。
酶在接近无水有机介质中的生物催化特性
生物化工与催化收稿日期:2004-12-01;修订日期:2005-05-20 基金项目:国家自然科学基金资助项目(20176019)作者简介:张 娜(1980-),女,青岛科技大学生物化工专业在读硕士研究生。
通讯联系人:刘均洪,博士生导师,教授。
E 2mail :qdht2004@酶在接近无水有机介质中的生物催化特性张 娜,刘均洪(青岛科技大学化工学院,山东青岛266042)摘 要:介绍了接近无水条件下以悬浮状态存在的酶以及固定化酶生物催化特性。
采用电子顺磁共振(EPR )及核磁共振(NMR )研究了水与酶之间的关系。
在有机溶剂中加水和不加水情况下,处于悬浮状态的酶及固定化酶结构和功能存在差别。
研究发现,尽管以悬浮状态存在的酶和固定化酶结构明显不同,但水含量、酶活性、酶柔性以及活性位点极性之间存在着密切的关系。
结果表明,在含水量很少的条件下,水对酶活性位点的生物催化起着关键作用。
关键词:非水酶学;电子顺磁共振(EPR );核磁共振(NMR )中图分类号:Q55;TQ033 文献标识码:A 文章编号:100821143(2005)0720048204Biocatalytic properties of enzymes in nearly anhydrous organic solventsZHA N G N a ,L IU J un 2hong(College of Chemical Engineering ,Qingdao University of Science and Technology ,Qingdao 266042,China )Abstract :The biocatalytic properties of enzymes in nearly anhydrous organic solvents were reviewed.Water 2protein interactions and the involvement of water in enzyme structure and function were investi 2gated by electron paramagnetic resonance (EPR )and multinuclear nuclear magnetic resonance (NMR )studies of enzymes suspended and immobilized in organic solvents with and without addition of water.In these systems ,correlations were observed between water content and enzyme activity ,flexibility ,and active 2site polarity ,despite the remarkable difference between structural properties of suspended and immobilized enzymes.The results indicated that water in very small amount plays a key role in the biocatalysis at the enzymic active sites.K ey w ords :non 2aqueous enzymology ;electron paramagnetic resonance (EPR );nuclear magnetic reso 2nance (NMR )C LC number :Q55;TQ033 Document code :A Article ID :100821143(2005)0720048204 酶作为生物催化剂,具有专一性、高效性、反应条件温和等优点,受到人们的普遍关注。
【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:在理论上进展了非水介质〔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-aqueous enzymology〕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◆酶在非水介质中进展的催化作用称为酶的非水相催化。
1.1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展的催化反响。
◆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根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。
◆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。
1.2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展的催化反响。
◆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,扩散容易,所以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。
1.3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展的催化反响。
◆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影响;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,最好在室温附近或在酶催化的最适温度附近;超临界压力不能太高,可节约压缩动力费用;超临界流体要容易获得,价格要廉价等。
1.4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展的催化作用。
◆离子液〔ionic 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,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。
酶工程终结版名词解释
酶:有催化功能的生物大分子分为:蛋白酶(P酶)和核酸类酶(R酶)(主要由RNA组成)酶的特点:催化效率高、专一性强、作用条件温和酶工程主要内容:微生物细胞发酵产酶、动植物细胞培养产酶、酶的提取与分离纯化,酶分子的修饰,酶,细胞和原生质体固定化、酶的非水相催化、酶反应器和酶的应用酶的催化效率比非酶催化反应高107~1013倍酶催化作用的影响因素:底物浓度、酶浓度、温度、Ph 值、激活剂浓度、抑制剂浓度酶在60度以上易失活常见激活剂:ca、mg 、co、zn 、mn 、cl(α——淀粉酶),钴离子和镁离子是葡萄糖异构酶的激活剂酶的命名:国际酶学委员会ICE :推荐名和系统名推荐名:底物名+催化反应类型+酶(水解酶类可省略反应类型名,只在底物后加酶字即可)系统名:作用底物+酶的作用基团+催化反应类型按酶的催化作用类型将蛋白酶分为6大类:氧化还原酶,转移酶,水解酶,裂解酶,异构酶,合成酶将R酶分为:剪切酶、剪接酶、多功能酶还可以由酶的底物是RNA分子还是其他分子,可将R酶分为分子内催化和分子间催化酶活力:是指在一定条件下,酶所催化的反应初速度。
酶催化反应速度,通常用单位时间t内底物S的减少量或产物P的增加量来表示1961年国际生物化学与分子生物学联合会规定:在特定的条件下(温度可采用25摄氏度,pH值等条件均采用最适条件),酶1min催化1umol的底物转化为产物的酶量定义为1个酶活力单位,这个单位称为国际单位(IU)。
国际上另一个常用的酶活力单位是卡特(kat),在特定条件下酶1s催化1mol底物转化为产物的酶量定义为1kat 酶的比活力,是指在特定的条件下,单位重量(mg)蛋白质或RNA所具有的酶活力单位数。
固定化酶:与水不溶性载体结合,在一定的空间范围内起催化作用的酶酶的提取:在一定条件下,用适当的溶剂处理含酶原料,使酶充分溶解到溶剂中的过程。
酶提取注意事项:1、目标酶分子的特性及其物理、化学特性,2、酶分子和杂质的主要性质差异,3、酶的使用目的和要求,4技术实施的的难易程度,5、分离成本的高低,6、是否会造成环境污染。
酶的非水相催化
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
有机介质中的酶促反应
哑铃式双微团
那么,有机溶剂最终是如何影响酶反应的? 那么,有机溶剂最终是如何影响酶反应的? 一般解释有如下几种: 一般解释有如下几种: 1)通过底物、产物在水相和有机溶剂中分配,必 然影响到底物、产物在酶必需水在水层中的 浓度,这样,自然影响到酶的反应速度。 2) 必需水对特定的酶是一定的。如果有机溶剂与 酶的必需水作用,夺取酶的必需水,一定影响 酶的活性。 如果是极性强的有机溶剂,夺取酶的必需水 就多,酶就可能最终失活。 如果是一般的有机溶剂,夺取酶的必需水不明 显,就最适合酶在这类有机溶剂中反应。
例子:在水溶液中,底物肉桂醇浓度在 0.1mmol/L以上可强烈抑制马肝醇脱氢酶活性。 现在它在乙酸丁酯中使用亲水载体固定化酶, 底物浓度高达50mmol/L也不会发生抑制作用。 还有个例子:研究几种不同载体的固定化脂肪酶时 发现,疏水性琼脂珠载体的固定化效果最好。 固定化后脂肪酶在有机介质中的活性比对应 酶粉高46.5%。 由于载体上疏水基团的存在,使疏水性底物 在疏水作用下分配到载体周围的浓度高于反应介质 中的浓度。使酶反应速度提高。
化学修饰方法很多,聚乙二醇(PEG)修饰较常 见。 如PEG修饰过氧化氢酶,然后在有机介质中 活性显著提高。 还研制了磁性脂肪酶(磁性颗粒外包PEG修 饰的脂肪酶),它在有机介质中较稳定,活力也较 高,且可在磁场中回收。 还有用谷氨酸、十二醇、葡萄糖酸内酯合成 了糖脂后修饰超氧化物歧化酶(SOD)。所得的这 种SOD糖脂复合物变成脂溶性的酶,而不是水不溶 性的。SOD糖脂复合物在有机介质中活性高大大高 于在水中的活性,并且它对温度、pH、蛋白酶水 解等的稳定性均高于天然SOD,
酶是否适于在有机介质中反应,除与酶性质有 关外,还取决于酶-底物、产物-溶剂间的关系问题。 这完全需要用实验来决定。 10.2.4 酶形式的差别 酶在有机介质中的溶解特性、稳定性、活性等, 对酶的选择很重要。 1)酶粉 酶粉 将酶做成冻干粉,然后在有机介质中充分搅拌, 超声波处理,使得颗粒变小,悬浮于介质中。 2)控制酶量的问题 控制酶量的问题 需要适量。如α-凝乳蛋白酶在乙醇中的转脂反应, 随着加酶量的下降,活性反而上升,速度快
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名词解释及问答总体1.生物催化利用生物催化剂(微生物、酶等)改变或通常是加快化学反应速度,获得生物产品的过程。
典型的生物催化反应系统:系统构成三要素:反应物、催化剂和反应介质2。
双水相萃取系统某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可以形成两相,并且在两相中水分均占很大比例,即形成双水相系统。
利用亲水性高分子聚合物的水溶液可形成双水相的性质,待分离组分在两相中分配系数有所差异可达到分离的目的。
3.浊点系统当一种非离子表面活性剂的水相胶束溶液温度达到其浊点以上,或者在存在某些添加剂的情况下,会导致相分离,形成一个表面活性剂稀少相(水包油乳液)和一个表面活性剂富集相(油包水乳液),后者又称凝聚相,其中包含许多大的水泡,可容纳细胞或溶解的酶分子。
这样的系统被称为浊点系统,它曾被用于分离技术中,即浊点萃取。
4.离子液体离子液体实质上是一些凝固点较低的盐。
离子液体作为一类极性溶剂,能溶解许多有机化合物.➢与普通有机溶剂最大的区别在于:①离子液体不会挥发(没有蒸气压),对环境比较友好,用于工业生产也相对比较安全;②它们与许多有机溶剂互不相溶,可以形成有机溶剂—离子液体两相系统或者有机溶剂-水—离子液体三相系统,从而为溶剂工程在生物催化反应中的应用提供了新的可能。
➢一般而言,离子液体通常有三种方式被应用于生物催化过程:①作为单一的溶剂;②作为共溶剂添加于水相系统中;③与水形成两相系统。
5.逆胶束系统逆胶束系统是含有表面活性剂与少量水的有机溶剂系统.表面活性剂分子由疏水性尾部和亲水性头部两部分组成,在含水有机溶剂中,它们的疏水性基团与有机溶剂接触,而亲水性头部形成极性内核,从而组成许多个逆胶束,水分子聚集在逆胶束内核中形成“微水池”,里面容纳了酶分子,这样酶被限制在含水的微环境中,而底物和产物可以自由进出胶束.6.logP规则log P是衡量物质疏水性强弱的一个特征参数,log P值越大,溶剂的疏水性越强,其夺取酶分子必需水的能力越弱。
酶在有机介质中的催化特性
eg.
水溶液中,蛋白酶只水解含有L-氨基酸的蛋白质,生成L-氨基酸 有机介质中,蛋白酶可用D-氨基酸合成由D-氨基酸组成的多肽
3、区域选择性
酶在有机介质中进行的催化反应具有区域选 择性(regiosele基团优先进行反应。
4、键选择性: 酶在有机介质中进行的催化反应具有化学键 选择性。即在同一个底物分子中有两中以上的化 学键都可以与酶反应时,酶对其中一种化学键优 先进行反应。键选择性与酶的来源和有机介质的 种类有关。
2、对映体选择性(enantioselectivity)
又称为立体选择性或立体异构专一性,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。 ◆酶在有机介质中催化,与在水溶液中催化比 较,由于介质的特性发生改变,而引起酶的对 映体选择性也发生改变。 ◆酶在水溶液中催化的立体选择性较强,而在 疏水性强的有机介质中,酶的立体选择性较差。
7.3 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
而影响酶的底物特异性、立体选择性、区域选择性、
健康选择性和热稳定性等,而显示出与水相介质中 不同的催化特性。
1、底物专一性
◆在有机介质中,由于酶分子活性中心的结合部 位与底物之间的结合状态发生某些变化,致使酶 的底物特异性会发生改变。 ◆不同的有机溶剂具有不同的极性,所以在不同 的有机介质中,酶的底物专一性也不一样。在极 性较强的有机溶剂中,疏水性较强的底物容易反 应;而在极性较弱的有机溶剂中,疏水性较弱的 底物容易反应。
5、稳定性
许多酶在有机介质中的热稳定性比在水溶液中的热稳定性更好。 酶在有机介质中的热稳定性还与介质中的水量有关。通常情况下,随着介质中水 含量的增加热稳定性降低。 在有机介质中,酶的稳定性之所以增强,可能是由于有机介质中缺少引起酶分子 变性失活的水分之所致。 水分子引起天冬酰胺与谷氨酰胺脱氨基作用 水分子引起天冬氨酸肽键的水解、半胱氨酸的氧化、二硫键的破坏
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概念:
酶在含有一定量水的有机溶剂中进行催化
反应的过程。
是目前非水相酶催化应用最广泛的体系
特点:P178
一、有机溶剂反应体系
1、微水介质(含微量水) 2、水与有机溶剂的互溶体系 3、水与有机溶剂的双液相体系
4、(正)胶束体系
5、反胶束体系
二、水对有机介质中酶催化的影响
1、水与酶的柔性有关
五、有机介质中酶催化的应用
1、手性药物的拆分 2、手性高分子聚合物的制备 3、酚树脂的合成 4、导电有机聚合物的合成 5、发光有机聚合物的合成 6、食品添加剂的生产 7、生物活性至关重 要。 3、水活度反映酶活性与水含量的关系,每种酶 的最大催化活力都在相同的最佳水活度下。
三、酶在有机介质中的催化活性
1、底物选择性 2、对映体选择性 3、区域选择性 4、热稳定性好 5、分子印记 6、pH印记
四、有机介质中酶催化反应的类型
1、合成反应(水解反应的逆反应) 2、转移反应(酯与有机酸) 3、醇解反应 4、氨解反应 5、异构反应 6、氧化还原反应 7、裂合反应