有机溶剂中酶催化活性研究进展共27页文档
生物化学——酶的催化活性
生物化学——酶的催化活性酶是一种生物催化剂，能够促进化学反应的发生。
所有生物都依赖于酶催化进行代谢反应。
酶的催化活性是酶化学性质的重要指标，是评价酶性质好坏的重要参数。
酶的催化活性受到多种因素的影响，下面就来详细介绍一下。
1.温度对酶的催化活性的影响酶活性随着温度的升高而增加，在一定的温度范围内，酶的活性与温度呈正相关。
但是酶的乙酰胆碱酯酶和DNA聚合酶A等酶的催化活性在高温下会丧失。
高温会改变酶蛋白的空间构象，进而影响酶的活性。
因此，不同酶的温度适宜范围是不同的。
2.pH值对酶的催化活性的影响pH值是指水溶液的酸碱性大小。
不同的酶对pH的敏感度不同。
大部分酶的催化活性与pH值密切相关，酶的催化活性通常在酶的最适pH值附近达到最高峰。
当pH值远离酶的最适pH值时，酶的活性会降低。
这是由于酶的催化活性取决于酶分子的电荷状态。
3.离子浓度对酶的催化活性的影响细胞中各种离子的浓度对酶的催化活性有很大的影响。
当离子浓度变化时，它们与酶蛋白产生相互作用，会改变酶分子的构象，从而影响酶的催化活性。
4.代谢产物对酶的催化活性的影响代谢产物对酶的催化活性也有影响。
当代谢产物积累到一定程度时，它们会与酶结合，从而影响酶的催化活性。
这种现象称为“反馈抑制”。
总的来说，酶的催化活性是非常复杂的，它受到了多种因素的影响。
在实践中，根据不同的应用领域，选择适当的条件控制酶的催化活性，从而满足特定的应用需求。
以某家公司的酶制剂为例，该公司使用酶的催化活性为基础，通过对其性质的改变，成功地研制出了一种用于饲料发酵的酶制剂。
该酶制剂采用水分解酶和耐高温碱性淀粉酶为主要活性成分，具有抗水、耐热等特点，适用于饲料中高粘度的淀粉材料的酶解。
该公司通过优化研究酶的催化活性，成功地推动了饲料产业的升级，使产业更具光明前景。
总结酶的催化活性是酶化学性质的重要指标，也是评价酶性质好坏的重要参数。
影响酶催化活性的因素有多种，包括温度、pH值、离子浓度、代谢产物等。
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。
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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
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Contents of chapter 6
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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
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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
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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。
有机介质中酶促有机化学反应
有机介质中的酶促有机反应摘要:综述了有机介质中酶促有机化学反应的优点，反应的条件，有机介质对酶反应的影响，以及有机介质酶促反应在有机反应及药物合成中的应用。
关键词：有机介质酶促反应有机化学反应药物合成Abstract:Review introduces the advantages of enzymatic organic chemical reactions in organic medium, reaction conditions, organic media's influence on the enzyme reaction, and organic medium enzymatic reaction in organic chemistry and the application of the drug synthesis.Key words:organic medium enzymatic reaction organic chemical reactions drug synthesis1.有机介质中的酶促反应概述1.1有机介质酶促反应的优点传统观念认为[1] [3],酶促反应是在水溶液中进行的，又知道水是极性分子，酶只能在极性溶剂中反应，有机溶剂是酶的变性剂，使用有机溶剂时应尽可能短时间内去除，再把酶溶于水中，以防止酶的变性。
随着酶应用技术研究的深入,酶作为一种高效催化剂逐渐向更广泛的应用方面发展，1984年猪胰脂肪酶应用于有机溶剂中进行催化反应,结果发现其具有较高的催化活性和极高的热稳定性,这一发现开辟了有机相酶促反应这一新的领域。
从此酶的应用环境从水介质扩展到有机介质。
酶在有机溶剂中不仅保持其生物活性,而且还有许多突出的优点[1]:(1)增加某些有机底物的溶解度从而提高底物浓度和产物浓度;(2)有机溶剂影响反应的平衡, 可控制反应向产物合成方向移动;(3)减少水介质可能带来的副反应;(4)酶在有机介质中的热稳定性增加。
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
酶催化的有机合成反应的研究
酶催化的有机合成反应的研究酶催化的有机合成反应是一种利用生物酶催化剂催化有机合成反应的方法。
它具有高效、底价、高立体选择性等优点，并且能够产生相对较少的废物和副产物。
在有机合成领域中得到广泛应用，并受到越来越多科学家的关注和研究。
一、酶催化的优势1. 高效性：酶催化的有机合成反应可以在温和的条件下进行，大大节省反应时间和能源，提高反应效率。
2. 选择性：酶催化的反应具有高立体和化学选择性，能够得到纯度较高的产物，减少副反应的生成。
3. 专一性：酶是高度专一的催化剂，催化特定底物与配体的反应，不会影响其他官能团的反应。
4. 可再生性：酶催化剂具有可再生性，可以进行多次反应，在反应结束后通过简单的分离和提取操作即可回收和再利用。
二、酶催化的应用1. 医药领域：酶催化在药物合成中具有巨大的潜力。
通过酶催化的有机合成反应可以合成出特定结构的化合物，如药物中常见的手性化合物。
2. 农业领域：酶催化的有机合成反应可以应用于农药和植物生长调节剂的制备。
与传统合成方法相比，酶催化反应具有更高的效率和较低的环境污染。
3. 食品工业：酶催化是生产食品添加剂的重要手段之一。
比如利用纤维素酶催化反应来制备寡聚糖、酶解反应制备味精等。
4. 环境保护：酶催化反应对环境友好，不需要有机溶剂，可以减少对环境的污染。
三、酶催化的机理1. 底物结合：酶催化的反应首先发生底物与酶之间的结合。
酶通过活性位点与底物发生作用，形成酶底物复合物。
2. 底物转化：酶底物复合物通过催化作用发生底物转化，形成产物与酶复合物。
3. 产物释放：产物释放是酶催化反应的最后步骤，产物与酶之间的非共价作用力减弱，产物从酶的活性位点中被释放出来。
四、酶催化的研究进展1. 酶催化的机制研究：科学家通过对酶催化反应机制的深入研究，揭示了酶催化的反应过程和底物结合方式，为进一步优化反应条件和提高效率提供了理论依据。
2. 新型酶的发现和应用：随着科技的发展和先进技术手段的应用，越来越多的新型酶被发现并应用于有机合成反应中。
第五章 有机溶剂中的酶催化作用
正由于以上原因，正确选择有机溶剂显得 十分重要。所以必须考虑以下几种因素： （ 1 ）溶剂与反应的相容性。例如，酶催化糖 修饰反应，必须在亲水性的有机溶剂（加二 甲基甲酰胺等）中进行。若使用疏水性有机 溶剂，底物不溶解，酶促反应不能发生。 （2）溶剂对主要的反应应该是惰性的。 （ 3 ）溶剂的密度、粘度、表面张力、毒性、 废物的处理和成本等。 但是普遍认为最佳溶剂因底物而异。 即一种溶剂在辛醇／水两相间分配系数 的常用对数值 (lgP)。 P大，酶活性大，所需 要的水量少。
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必需水：是维系酶构象稳定和酶催化活性所必需 的那部分最少量的水分子, 有时也叫结合水,或者束缚水。 只要那部分必需水不丢失, 其他的大部分水可 以由有机溶剂代替.
所以，有机介质中的酶促反应在微观上看是 水的酶反应，但是在宏观上看是有机介质中的酶反 应。如有的酶反应即使水只占0.015%， 酶仍然有 活性，可以进行酶反应, 而且反应速度非常快。
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五、 溶剂的选择
1.水溶性有机溶剂 甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、甘油、正丁醇等 2.水不溶性有机溶剂 石油醚、三氯乙烷、乙酸乙酯、苯、己烷等 在这些酶反应溶剂的选择中，介质的组成一般 可有四种：
1）单相共溶剂系统（水与能与水相溶的有机溶剂） 2）双相溶剂系统（水与跟水不相溶的有机溶剂） 3）低水有机系统 4）反向微团系统
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二、 活性
a)单相共溶剂系统中 对酶的影响作用主要是如下： 1) 有机溶剂直接作用于酶，破坏维持酶活性构象 的氢键、疏水键、水化层，酶变性失活。 一般有随着有机溶剂浓度上升,活性下降的一般规 律。 2)但有些酶，有机溶剂的浓度上升，酶活性反而上 升，到一定浓度， 酶活性达最高，如再提高浓度， 酶活性反而下降。 如胰蛋白酶在1,4-丁二醇中最适浓度80%猪心线 粒体ATPase，在乙醇中最适浓度10% EcoRI内切 酶在甘油中最适浓度为20% 37
酶催化反应研究进展1
酶催化反应研究进展摘要：简述了酶催化优点和不足及近年来五种不同体系（有机溶剂体系、反胶束体系、低共熔体系、超临界流体体系、气相体系）中酶催化反应的概况并阐明了此反应体系的优势之处及还有那些不足。
且酶作为一种生物催化剂，已经广泛应用于各个领域中，酶工程是现代生物技术的重要组成部分，对各领域的技术性突破具有一定的影响。
随着酶工程不断地技术性突破，酶在医药工业方面、食品工业方面、轻工业、有机合成方面等都的应用越来越广泛。
作为一项新技术，它对各领域势必会有一定的推进作用。
关键词酶催化反应，反应体系，应用Title ×××××（4号Times New Roman,实词首字母大写）Abstract×××××××（小4号Times New Roman，1.5倍行距，第一个字应顶格写）Keywords1 酶催化的介绍酶是一种具有特殊三维空间构象的蛋白质,它能在生物体内催化完成许多广泛且具有特异性的反应。
随着生化技术的进展,酶催化反应越来越多地被有机化学家作为一种手段应用于有机合成。
酶有专一的、有催化活性的性质,它们在体内几乎参与了所有的转变过程,催化生物分子的转化；也催化许多体内存在的物质发生变化,使人体得以有正常的新陈代谢。
许洪高、高彦祥等人还发明了一种酶催化反应的装置。
1.1 酶催化的优点酶作为一种生物催化剂自然具备其特有的优点，如酶催化效率高, 专一性强, 可减少或避免副反应；可以利用酶通过有限的步骤实现许多化学方法难以完成的反应；反应条件温和, 可节省能源, 减少设备费用；而且酶来自生物体本身，故它是生物体可降解的无环境毒害性物质，符合将废弃物控制在最小限度, 实现原子经济的绿色化学要求。
1.2 酶催化的不足尽管酶催化反应有如此多的优点，以酶作为生物催化剂在工业生产中的应用到目前为止还不是很普遍主要有以下几个原因：在催化反应环境中存在的热、酸、碱、氧化剂、重金属离子，而酶本身是生物大分子，且许多酶是胞内酶，细胞内部环境通常比较稳定,故可能会因催化反应的环境中的因素导致酶分子失活破坏酶的稳定性；一些酶对价格通常较昂贵的辅酶有较强的依赖性；在化学反应体系中应用酶作催化剂，酶的催化活性和选择性往往并不十分理想；酶的来源及成本问题，许多工业用酶成本较高, 而且种类有限。
有机溶剂中酶多功能性催化有机合成反应
在 正己烷 中 Ｄ一氨基酰化 酶催化 １ ， ２， ４一三唑 与醋 酸
乙烯 酯的加成反应产率最高 ， 达９ ３ ％ 。
２ 有机溶剂 中氧化还原酶的催化有机反应
Ｋ ａ ｚ ｎｄ ａ ｊ ｉ ａ ｎ 等【 驯研究 了蘑菇多 酚氧化酶 （ ｍ ｕ ｓ ｈ ．
Ｎ＼ ＼ ／ 入
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Ｇ Ｎ Ｈ ＯＨ
图１ ． ２ 脂肪酶催化 Ｍｉ ｃ ｈ ａ ｅ ｌ 加成
Ｆ ｉ ｇ １ ． ２ Ｍｉ ｃ ｈ ａ ｅ ｌ ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ａ ｔ ｌｙ ａ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ ｌ ｉ ｐ ａ ｓ ｅ
１ 有机溶剂中水解 酶的催化有机反应
性， 也就是使用不同的反应介质来提高酶的活性， 应用
比较广泛 的反应介质包括 ： 有机溶剂 Ｌ ｏ Ｊ 、 离 子液体 和
Ｌ ｉ 等 首次报道 了脂肪 酶催化 不对称 Ａ ｌ ｄ ｏ ｌ 反应 （ 图１ ． １ ） 。他们选用 了 ７种 不同的脂 肪酶催化 醛与丙 酮的 Ａ ｌ ｄ ｏ ｌ缩 合 反 应 。研 究 结 果 表 明： Ｐ Ｐ Ｌ（ Ｐ ｏ ｒ ｃ ｉ ｎ ｅ
超临界流体 Ｊ 。
过去几 十年来 ， 非水 介质 中的酶催 化研 究得 到 了 长足的 发展 。虽然酶催化需要 一定量 的水 以保 持其 活 性， 但是在水相 中 ， 很多 反应底 物 不能够 溶解 ， 酶的稳
Ｐ ａ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ Ｌ ｉ ｐ ａ ｓ ｅ ） 的催 化效 果 最 好 ， 产率 可 以达 到 ９ ６ ．
Ｏ
反应介质 、 水含量 、 温度 、 反应 物摩尔 比等条件 的研究 。 发现 该 反 应 在 脂 肪 酶 Ｔ Ｌ Ｉ Ｍ （ ｉ ｍ ｍ ｏ ｂ ｉ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ Ｈ ｐ ａ ｓ ｅ ｆ ｒ ｏ ｍ 达９ ｏ ％， 对映体选 择性 最高达 ８ ３ ％。
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。
不同介质中酶催化活性及稳定性的研究
摘
要 ： 不同的介 质 中酶的结构与功能有很 大的差另 ， 过选择 合 适的介 质可 以提 高酶针对 目标反 应 的活性和 在 一通 Ｊ
。
稳定性。本文综述 了不 同体 系对酶催化 活性及 稳定性的影响 ， 着重研 究了反胶束 体 系以及 离子液 体等新 型介 质 中
酶 的 催 化 活性 和 稳 定性 。
４Ｏ０ ５ ０ ２．Ｃ ｉａ ｈｎ ）
Ａｂ ｔ ａ ｔ：ｎ ｄｉ ｅ ｅ ｔｍｅ ａ， ｎ ｙ ｔ ｔｕｃｕ ｅａ ｄ ｆ ｎ ｔｏ ａ ｅ ｅ ｏ ｍｏ ｉ ｅ ｅ ｃ ｓ Ｗ ｅｃ ｎ ｉ ｒ ｖ ｓ ｒ ｃ Ｉ ｆ ｒ ｎ ｄｉ ｅ ｚ ｍａ ｉ ｓｒ ｔ ｒ ｎ ｕ ｃｉ ｎ ｈ ｖ ｎ ｒ ｕｓｄｆ ｒ ｎ ｅ ． ａ ｍｐ ｏ ｅ ｆ ｃ
极 性 时 ， 活性 与 溶剂 极性 之 间具有更 好 的相关 性 。 酶 Ｌ ａｅ等 研 究 了 １７种 溶 剂 的 ｌｇＰ值 与 酶催 化 ａｎ ０ ｏ 活 性 间 的相 关 陛 ， 现酶 催 化 活性 与 溶 剂 疏 水 常数 发 之 间 的关 系 是 一 条 Ｓ 曲 线 ： ｌ Ｐ ＜２ 极 性 溶 形 在 ｏ ｇ 的
的研究 显得 尤为 重要 。
响都有报道 ， 其中溶剂疏水常数对酶的影响最大 ， 也 研究 最 多 。
一
般认为， 在有机溶剂反应体系中， 极性强的有
机 溶 剂对 酶 的催 化 活性 不 利 ， 为 它们 会 夺 取 酶 表 因 面微 环境 中的必 需 水 而 使 酶 失 活 。研 究 表 明 ， 非 在 水介 质 中加入 某些 添 加剂 如 乙二 醇 、 多元 醇 聚合 物 ，
只 促进 单一 的反 应 ， 产 物 很 少 ， 物 的纯 度 很 高 ； 副 产 另 外 ， 的反 应条 件温 和 ， 酶 大大 改善 了反 应条 件 。但 是， 酶易失 活 、 变 性 的 特 点 同样 也 带 来 了诸 多 难 易 题 。 因此 ， 酶在 不 同 介 质 中 的催 化 活性 和 稳 定 性 对
酶催化反应研究进展
1 绪论酶作为生物催化剂，具有专一性、高效性、反应条件温和等优点，是一种具有特殊三维空间构象的蛋白质，它们在体内几乎参与了所有的转变过程, 催化生物分子的转化。
同时, 它们也催化许多体内存在的物质发生变化, 使人体正常的新陈代谢得以运行。
因此受到人们的普遍关注。
近年来, 特别是随着生化技术的进展, 酶催化反应越来越多地被有机化学家作为一种手段应用于有机合成, 特别是催化不对称合成反应。
光学活性化合物或天然产物的合成, 已应用于医药、农药、食品添加剂、香料、日用化学品等精细有机合成领域。
酶催化不会污染环境, 经济可行, 符合绿色化学的方向, 具有广阔的前景。
2 酶催化与有机合成反应对于酶催化反应在有机合成中的应用, 有机合成工作者做了大量工作。
随着科技进步的日新月异, 酶催化反应越来越多地被有机化学家作为一种手段用于有机合成特别是不对称合成反应, 进行光学活性化合物或天然产物的合成时, 能为天然或非天然产物的合成提供丰富的手性源, 其应用前景将是难以估量的。
2.1 不同反应体系中的酶促反应2.1.1 有机介质中的酶促反应酶在有机介质中不但能保持其活性，还表现出一些特殊性质，并具有如下优越性：有利于疏水性底物的反应；产物和酶易于回收；可改变反应平衡移动的方向；可控制底物专一性；可防止由水引起的副反应；可扩大反应pH值的适应性；可提高酶稳定性；可避免微生物污染等。
在保证必需含水量；选择合适的酶及酶形式；选择合适的溶剂；选择最佳pH值；选择合适的反应体系的条件下，则在有机介质中酶可显示很高的催化活性。
目前在有机介质中已成功用酶进行了氧化、、脱氢、脱氨、还原、羟基化、甲基化、环氧化、酯化、酰胺化、磷酸化、开环反应、异构化、侧链切除、缩合及卤化等反应。
过去人们认为酶在有机介质不稳定，但研究发现大多数酶在低水有机介质中比在水介质中更稳定。
一是表现在热稳定性提高。
在有机介质中，在不同温度下保温脉酶，发现热处理导致酶活性增加，而且酶在温度远超过其在水溶液中最适温度的情况下也不失活。
酶催化多功能性研究进展
酶催化多功能性研究进展胡居吾;付建平;韩晓丹;徐国良;王慧宾;熊伟【摘要】酶催化反应具有高选择性、条件温和和可再生等优点,是一种绿色环保的有机合成方法。
近年来人们发现酶具有催化非天然底物发生天然反应或非天然反应的能力。
这种独特的能力被定义为酶催化多功能性,近年来备受人们的关注,为有机合成开辟了新的途径。
因此研究酶催化多功能性具有重要意义。
本文叙述了酶的多功能性在催化aldol缩合,Mannich反应,Michael加成反应以及多米诺反应中的应用,展望了酶催化多功能性的研究趋势。
【期刊名称】《生物化工》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】6页(P59-64)【关键词】酶催化多功能性;合成;反应【作者】胡居吾;付建平;韩晓丹;徐国良;王慧宾;熊伟【作者单位】江西省科学院应用化学研究所【正文语种】中文【中图分类】Q55酶一直以来被认为是一种高效、专一，对一定反应具有高度识别性的生物催化剂，且已被应用到有机化合物的合成中[1]。
然而，近年来，越来越多的酶被发现可以催化除天然反应以外的一种甚至多种反应类型，这种特性被称为催化多功能性（Catalytic Promiscuity）。
根据Hult和Berglund的报道[2]可以把酶催化多功能性分为3种类型。
第一种，底物多样性，即一种酶可以催化非天然底物进行天然反应；第二种，反应条件多样性，即酶可以在不同于天然反应条件的催化环境中表现出催化活性，例如一些酶已经被证明可以在有机溶剂、各种pH和温度条件下催化有机反应。
第三种，催化反应多样性，通过同一个活性位点或者不同活性部位亦或引入新的活性位点催化各种反应类型，这些反应在键的断裂、形成和机理上都与酶催化天然底物的反应不同[3]。
一般说的酶催化的多功能性指的都是第三种类型，酶催化非天然底物的反应，这些反应中键的断裂、形成和机理都与酶催化天然底物反应不一样。
当然，催化多样性都不可避免地会涉及到引发反应的条件、各种非天然底物和分子机理[4]。
【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
酶催化反应的机理和调控研究
酶催化反应的机理和调控研究酶催化反应是生命活动的基础，也是生物学、生化学等学科中的重要研究内容。
酶作为生物学中的催化剂，能够加速化学反应的速率，从而使生物体能够在相对较低的温度、压力和pH值下进行化学反应。
本文将从酶催化反应的机理、酶催化反应中的底物结合、过渡态和产物形成等方面进行探讨，同时还将介绍如何调控酶的催化反应。
一、酶催化反应的机理酶催化反应的机理包括两个基本步骤：底物结合和过渡态的形成。
底物结合是指酶与底物分子形成强烈的非共价相互作用，使底物分子靠近酶的活性中心，形成底物-酶络合物。
过渡态形成是指底物在底物-酶络合物中被激活，经过转化，形成产物。
酶催化反应需要经过过渡态，只有克服了过渡态的能垒，底物才能够被转化成产物。
酶催化反应的机理还涉及到一个重要的概念——酶的亲和力和催化活性。
亲和力指的是酶和底物之间的结合能力；催化活性指的是酶在底物结合状态下促进化学反应的速率。
酶的催化活性的大小是由其催化中心、底物和反应条件决定的。
酶活性的一般规律是，酶在与底物形成复合物后，由活性中心对底物进行催化反应。
酶活性受到许多因素的影响，例如温度、压力、pH值、离子浓度、底物浓度以及高温等因素。
二、酶催化反应中的底物结合、过渡态和产物形成底物结合是酶催化反应的第一步，底物结合方式的不同对反应速率和选择性都有影响。
底物分子的结合方式取决于其化学结构和酶催化中心的构象。
例如，许多酶都只对光学异构体的一种具有催化活性，这被称为立体选择性。
过渡态是酶催化反应中存在的一种状态，是底物分子在化学反应过程中的临时状态。
在过渡态中，底物分子的化学键已经破裂，产生了化学键的一端与另一端的原子。
产生过渡态的过程是最困难的，它需要克服大量的能量，因此具有较大的活化能（能量垒），只有当底物分子克服了这个能量垒，才能顺利地形成产物。
产物形成是酶催化反应的最后一步，也是起到最终催化作用的步骤。
产物形成需要通过化学键的组合而成，通常与过渡态的形成同时发生。
溶剂组成对酶催化反应影响的研究
溶剂组成对酶催化反应影响的研究酶催化是生物体内许多反应的基本过程。
酶催化反应的速率和选择性都受到很多因素的影响，其中溶剂组成是最重要的因素之一。
随着科学技术的进步，现代化合物的合成和制备，更加深入地探究溶剂组成对酶催化反应影响的研究成为了热门话题。
下面将对溶剂组成对酶催化反应的影响进行探讨。
一、溶剂组成对酶催化反应动力学的影响大多数酶催化反应都是在生物体内进行的，并且这些反应的速率和效率受到许多因素的影响。
其中最主要的因素就是溶剂组成，这直接影响了酶与底物之间的互作用和反应速率。
溶剂不仅可以影响酶的构象和稳定性，还可以调节底物与酶分子之间的亲和性，从而影响反应的速率与效率。
实验证明，溶剂组成对酶催化反应速率和选择性有着显著的影响。
二、常见的溶剂对酶催化反应的影响1.水水是最常见的溶剂之一，也是生物体内最重要的溶剂。
酶催化的反应中，水的作用是增加反应中间体的稳定性，从而促进反应的进行。
相比其他溶剂，在水中进行的反应通常是高效、高选择性的。
2.有机溶剂除了水之外，有机溶剂是广泛应用于溶剂组成研究的一类溶剂。
相较于水，有机溶剂具有较低的介电常数、较高的极性和较小的分子体积，这意味着它们具有更小的功率。
有机溶剂对酶催化反应的影响主要体现在三个方面：1）对酶蛋白质及其活性的影响；2）对底物分子的亲和性和反应效率的影响；3）对产物选择性和产率的影响。
3. 离子液体离子液体是最近才被人们广泛研究的一种有机溶剂，这种溶剂的主要特点是可调节的分子组成和物理化学特性。
离子液体不但可以稳定蛋白质构象，还可以通过改变离子液体成分调节酶催化反应的速率、选择性和产率。
三、总结与展望虽然已经证明了溶剂组成对酶催化反应的影响，但是这个领域仍然有很多待探索的问题。
例如，如何通过溶剂组合来提高反应的产率和选择性？如何在非生物体系中应用溶剂组成调节催化反应的速率和效率？这些问题都需要更系统的实验与理论研究来深入探索。
相信未来，随着化学、生物技术的不断发展与完善，在探究溶剂组成对酶催化反应影响的过程中，会发现更多有意思的现象和规律。
利用分子生物学技术提高微生物有机溶剂耐受性的研究进展
利用分子生物学技术提高微生物有机溶剂耐受性的研究进展王艳霞;刘祥胜;王敏;骆健美【摘要】Organic-solvent-tolerant microorganisms can survive and grow in the higher concentrations of organic solvents, which exhibit significant application advantages in the field of the non-aqueous phase biocatalysis. Compared to natural screening, long-term domestication and traditional mutagenesis methods, molecular technique is a more rational and efficient way to obtain organic-solvent-tolerant strains. This paper mainly summarizes the research advances on the improvement of microbial organic-solvent tolerance by the reformation of functional genes related to the resistance to organic solvents and transcriptional factors using molecular biology techniques, also prospects the application of organic-solvent-tolerant strain.%耐有机溶剂微生物是一类能够在较高浓度有机溶剂中存活或者生长的微生物，其在非水相生物催化等领域表现出巨大的应用优势。