非水相催化.

通过选择适当的有机溶剂以及适度的水相调节（如pH、 盐浓度）可以控制反应物在两相中的分配，进而缓解匀 相系统中底物或产物的抑制。

4、胶束和反相胶束体系

反相胶束体系是含有表面活性剂与少量水的有机 溶剂系统。 当体系中水浓度高于有机溶剂时，形成胶束的极 性端朝向外侧，有机溶剂被包在胶束内部，称为 正相胶束。当体系中水浓度低于有机溶剂时，形 成胶束的极性端朝向胶束中部，而非极性端朝向 胶束外侧，水被包在胶束的内部，称为反相胶束。
一、非水相酶学的研究历史

水相和非水相酶的催化反应
二、非水相酶催化的特点和优势
(8) 改变酶选择性，包括底物专一性、对映和区域选择性
三、非水相酶催化的主要类型
（一）有机介质的酶催化； （二）气相介质的四）离子液介质中的酶催化
（一）有机介质的酶催化
指酶在含有一定水的有机溶剂中进行催化反应。
1、水不互溶有机溶剂单相体系（微水有机介质体系）
2、水互溶有机溶剂单相体系
3、水- 有机溶剂两相系统；
4、胶束和反相胶束体系
1、水不互溶有机溶剂单相体系 （微水有机介质体系）

是指用水不互溶有机溶剂（含量>98%）取代几 乎所有的水，微量水一部分为酶分子的结合水， 才能保证其空间构象和催化活性。 酶以冻干粉或固定化酶的形式悬浮于有机溶剂 中，在悬浮状态下进行反应。 水不互溶性有机溶剂通常是烷烃类、芳香族化 合物、卤代烃、醚等。
非水相酶催化
Enzymatic catalysis in Non-aqueous system
内 容
第一节 非水酶学概述
第二节 非水介质中酶的结构与性质
第三节 水对有机介质中酶催化的影响
第一节 非水酶学概述


传统观念认为酶只能在水溶液中发挥作用，而一 旦和有机溶剂接触则失去活性。有关酶的催化理 论是基于酶在水溶液中的催化反应建立起来的。 但对于大多数有机化合物来说，水并不是一种适 宜的溶剂。许多有机化合物底物在水介质中难溶 或不溶。 是否可以在非水介质中能够保证酶催化？
四、非水相酶催化的主要研究内容

非水介质中酶学基本理论研究，包括酶学性质、 影响非水介质中没催化的主要因素以及酶作用动 力学；

通过对酶在非水介质中结构与功能的研究，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
利用基本理论来指导非水介质中酶催化反应的研 究和应用。

第二节 非水介质中酶的结构与性质
2、酶的特异性发生变化

对于一个给定的酶来说，选择性被看成是酶的 固有特性，要改变其选择性，就要改变酶分子 自身，比如通过定点突变。只要酶是在水中发 挥作用，或者说当反应介质固定不变时，这一 概念就是正确的。但当酶催化过程是在有机溶 剂中进行时，当从一个溶剂中换到另一种溶剂 中时，酶的各种选择性都会发生深刻的变化。
酶活性部位与水溶液中的结构式相同。 有机溶剂中酶反应机制与水溶液中的酶反应机 制相同。如在有机溶剂中的酶促转酯反应遵循 米氏方程；酶在有机溶剂中的最大催化活力对 应的pH也是酶在水溶液中的最佳pH。
（三）有机溶剂中酶分子的柔性
在非水溶剂中酶所需的水能给予酶分子在构象上
有足够的柔性而使其具有催化活性。 酶分子的“紧密”和“开启”；两种状态处于一 个动态平衡，表现出一定柔性。 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。因此认为酶分子的动态 变化很可能是主要因素。
一、非水介质中酶的结构
（一）非水介质中酶的状态 固态酶：包括冷冻干燥的酶粉或固定化酶，它 们以固定形式存在有机溶剂中。 可溶性酶：包括水溶性大分子共价修饰酶和非 共价修饰的高分子-酶复合物、表面活性剂-酶 复合物以及微乳液中的酶等。
一、非水介质中酶的结构
（二）活性位点和机制
在有机相中酶能够保持其整体结构的完整性，


3、水- 有机溶剂两相系统

指由水和疏水性较强的有机溶剂组成的两相体系。疏水 性底物和产物溶解于有机相中，酶溶解于水相中。 由于双相体系中的酶催化反应是在水相中进行，必须保 证反应底物和产物在酶与两相之间又良好的质量传递条 件，因此振荡和搅拌将是该生物催化反应体系中最重要 的参数。


常使用的水不溶性溶剂有烃、醚、酯等。一般应用于强 疏水性的底物，如甾体类、脂类和烯烃类生物转化。
刚性与柔性的动态平衡


紧密状态：取决于蛋白质分子内的氢键 溶液中水分子与蛋白质分子之间所形成的氢键 使蛋白质分子内氢键受到一定程度的破坏，蛋 白质结构变动松散，呈一种“开启”状态。
（蛋白质与水分子之间）
二、非水介质中酶的性质
1、酶的稳定性提高
酶的热不稳定性分为两种情
况：一种是当酶处于高温中 随着时间延长逐步发生的不 可逆的失去活性；另一种是 由热诱导产生的瞬间和可逆 的酶分子去折叠。无论是哪 一种失活方式，水在其中均 起到非常关键的作用。


2、水互溶有机溶剂单相体系

是指由水和与水互溶的有机助溶剂（10~20%） 组成的反应体系，酶、底物、产物均能溶解于 该体系中。 主要适用于在单一水溶液中溶解度很低、反应 速度也很慢的亲脂性底物的生物转化。 常用的有机溶剂有二甲基亚砜（DMSO）、二 甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)、二噁烷、 丙酮和低级醇。
正胶束体系
反相胶束体系

反相胶束：在与水不互溶的大量有机溶剂中，加入表 面活性剂后形成的油包水的微小水滴。

常用表面活性剂：AOT [丁二酸二（2-乙基）己酯磺酸钠]、 Tween 酶被限制在含水的微环中，而底物和产物可以自由进出胶束。
小结
（二）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； 优点：某些酶在液相中使用受到一定限制，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，而气相中的反应可以克服这些缺点。
（三）超临界流体介质中的酶催化


超临界流体指温度和压力超过临界点的流体。
常用的超临界流体有：CO2、氟利昂（CF3H）、
烷烃类（甲烷、乙烯、丙烷）或无机化合物
（SO2、N2O）。酶在这些溶剂中就像在亲脂 性有机溶剂中一样稳定。
（四）离子液介质中的酶催化



指酶在离子液中进行催化作用； 离子液(Ionic liquids)是有机阳离子、有机阴离子 在室温下呈液态低熔点盐类。 特性：酶在其中有良好的稳定性、区域选择性、 立体选择性、键选择性。