酶的非水相催化
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一、酶非水相催化的几种类型
1、有机介质中的酶催化
克利巴诺夫（Klibanov）研究表明：酶在一定浓度的有 机溶剂中具有一定的“分子记忆”效应，这种记忆是因 为酶存在配体而产生的，当配体被移走后，由于大量有 机溶剂存在状态下酶构象的高度刚性， 使得这种与配 体具有高亲和性的构象得以保持，而过量水的介入会加 速这种记忆丧失。
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酶的非水相催化
类型
有机介质
气相介质
离子介质 超临界介质
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一、酶非水相催化的几种类型
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
的有机溶剂中进行的催化反应。 特点：
1）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。
2）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。
性大的有机溶剂对一般酶的催化活性影响较大，所以能 在该反应体系的进行催化反应的酶较少。
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二、酶非水相催化的几种体系
（一）、有机介质反应体系 (3)与水不溶性有机溶剂组成的两相或多相体系： ◆这种体系是由水和疏水性较强的有机溶剂组成的两相
酶的非水相催化
酶的非水相催化 酶在非水介质中进行的催化作用称为酶的非
水相催化。 在非水相中，酶分子受到非水相介质的影响，
其催化特性与在水相中催化有着较大的不同。
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酶的非水相催化
非水相酶催化的特性
（1）增加非极性基质的溶解度； （2）使某些原本在水相不能进行的反应顺利进行，如
肽的合成、酯的合成等； （3）可减少在水相容易发生的副反应，如酸酐的水解、
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酶非水相催化的几种类型
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
行的催化作用。
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。
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二、酶非水相催化的几种体系
（一）、有机介质反应体系
有机介质 反应体系
微水介质
水与有机溶剂 的均一体系
水与不溶有机 溶剂的
非均一体系
正胶束体系
反胶束体系
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二、酶非水相催化的几种体系
（一）、有机介质反应体系
(1)微水介质体系: ◆微水介质体系是由有机溶剂和微量的水组成的反应体
系，是在有机介质酶催化中广泛应用的一种反应体系。 ◆微量的水主要是酶分子的结合水，它对维持酶分子的
Klibanov A M. Enzyme memory-what is remembered and why? [J]. Nature, 1995, 374: 596-600.
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一、酶非水相催化的几种类型
2、气相介质中的酶催化 定义：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。 特点：
卤化物的水解等； （4）容易分离回收； （5）无微生物污染；
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酶的非水相催化
非水相酶催化的相关问题
★在完全无水的情况下，酶是无活性的，极少量的水 就会激发酶的活性；但含水量低于最适水量时，酶会 失去催化活性。
★有机溶剂可能直接与酶分子水合层中的必须水发生 反应，影响酶的结构和功能，尤其是极性较强的溶剂， 它可以溶解大量的水，将酶分子水合层中的必须水剥 离掉，导致酶失活，相对来讲，疏水性溶剂对水的溶 解能力较低，故对酶活和结构影响较小。
Chapter 6 Enzymatic catalysis in Nonaqueous system
酶的非水相催化
制作：崔建东 cjd007cn@163.com
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Contents of chapter 6
Go 1、酶催化反应的介质 Go 2、有机介质反应体系 Go 3、酶在有机介质中的催化特性 Go 4、有机介质中酶催化反应的条件及其控制 Go 5、酶非水相催化的应用
1）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。
2）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。
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一、酶非水相催化的几种类型
3、超临界流体介质中的酶催化 定义：超临界介质中的酶催化是指酶在超临界流体
中进行的催化反应。 条件要求：
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一、酶非水相催化的几种类型
4、离子液介质中的酶催化：
常见的阳离子有季铵盐离子、咪唑盐离子和吡咯盐 离子等（如下图所示），阴离子有卤素离子、四氟 硼酸根离子、六氟磷酸根离子等.
特点: 不挥发、不可燃、导电性强、黏度低、热容大、蒸
汽压小、性质稳定，对许多无机盐和有机物有良好 的溶解性，在电化学、有机合成、催化、分离等领 域被广泛的应用。
1）用于酶催化反应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；
2）具有良好的化学稳定性，对设备没有腐蚀性； 3）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； 4）超临界压力不能太高，可节约压缩动力费用； 5）超临界流体要容易获得，价格要便宜等。
空间构象和催化活性至关重要。另外有一部分水分配在 有机溶剂中。 ◆通常所说的有机介质反应体系主要是指微水介质体系。
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二、酶非水相催化的几种体系
（一）、有机介质反应体系
(2)与水溶性有机溶剂组成的均一体系： ◆这种均一体系是由水和极性较大的有机溶剂互相混溶
组成的反应体系。 ◆酶和底物都是以溶解状态存在于均一体系中。由于极
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1 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，美国MIT的克利巴诺夫（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。精品课件
一、酶非水相催化的几种类型
1、有机介质中的酶催化
克利巴诺夫（Klibanov）研究表明：酶在一定浓度的有 机溶剂中具有一定的“分子记忆”效应，这种记忆是因 为酶存在配体而产生的，当配体被移走后，由于大量有 机溶剂存在状态下酶构象的高度刚性， 使得这种与配 体具有高亲和性的构象得以保持，而过量水的介入会加 速这种记忆丧失。
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酶的非水相催化
类型
有机介质
气相介质
离子介质 超临界介质
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一、酶非水相催化的几种类型
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
的有机溶剂中进行的催化反应。 特点：
1）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。
2）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。
性大的有机溶剂对一般酶的催化活性影响较大，所以能 在该反应体系的进行催化反应的酶较少。
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二、酶非水相催化的几种体系
（一）、有机介质反应体系 (3)与水不溶性有机溶剂组成的两相或多相体系： ◆这种体系是由水和疏水性较强的有机溶剂组成的两相
酶的非水相催化
酶的非水相催化 酶在非水介质中进行的催化作用称为酶的非
水相催化。 在非水相中，酶分子受到非水相介质的影响，
其催化特性与在水相中催化有着较大的不同。
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酶的非水相催化
非水相酶催化的特性
（1）增加非极性基质的溶解度； （2）使某些原本在水相不能进行的反应顺利进行，如
肽的合成、酯的合成等； （3）可减少在水相容易发生的副反应，如酸酐的水解、
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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
行的催化作用。
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。
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二、酶非水相催化的几种体系
（一）、有机介质反应体系
有机介质 反应体系
微水介质
水与有机溶剂 的均一体系
水与不溶有机 溶剂的
非均一体系
正胶束体系
反胶束体系
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二、酶非水相催化的几种体系
（一）、有机介质反应体系
(1)微水介质体系: ◆微水介质体系是由有机溶剂和微量的水组成的反应体
系，是在有机介质酶催化中广泛应用的一种反应体系。 ◆微量的水主要是酶分子的结合水，它对维持酶分子的
Klibanov A M. Enzyme memory-what is remembered and why? [J]. Nature, 1995, 374: 596-600.
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2、气相介质中的酶催化 定义：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。 特点：
卤化物的水解等； （4）容易分离回收； （5）无微生物污染；
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酶的非水相催化
非水相酶催化的相关问题
★在完全无水的情况下，酶是无活性的，极少量的水 就会激发酶的活性；但含水量低于最适水量时，酶会 失去催化活性。
★有机溶剂可能直接与酶分子水合层中的必须水发生 反应，影响酶的结构和功能，尤其是极性较强的溶剂， 它可以溶解大量的水，将酶分子水合层中的必须水剥 离掉，导致酶失活，相对来讲，疏水性溶剂对水的溶 解能力较低，故对酶活和结构影响较小。
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Contents of chapter 6
Go 1、酶催化反应的介质 Go 2、有机介质反应体系 Go 3、酶在有机介质中的催化特性 Go 4、有机介质中酶催化反应的条件及其控制 Go 5、酶非水相催化的应用
1）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。
2）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。
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3、超临界流体介质中的酶催化 定义：超临界介质中的酶催化是指酶在超临界流体
中进行的催化反应。 条件要求：
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一、酶非水相催化的几种类型
4、离子液介质中的酶催化：
常见的阳离子有季铵盐离子、咪唑盐离子和吡咯盐 离子等（如下图所示），阴离子有卤素离子、四氟 硼酸根离子、六氟磷酸根离子等.
特点: 不挥发、不可燃、导电性强、黏度低、热容大、蒸
汽压小、性质稳定，对许多无机盐和有机物有良好 的溶解性，在电化学、有机合成、催化、分离等领 域被广泛的应用。
1）用于酶催化反应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；
2）具有良好的化学稳定性，对设备没有腐蚀性； 3）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； 4）超临界压力不能太高，可节约压缩动力费用； 5）超临界流体要容易获得，价格要便宜等。
空间构象和催化活性至关重要。另外有一部分水分配在 有机溶剂中。 ◆通常所说的有机介质反应体系主要是指微水介质体系。
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二、酶非水相催化的几种体系
（一）、有机介质反应体系
(2)与水溶性有机溶剂组成的均一体系： ◆这种均一体系是由水和极性较大的有机溶剂互相混溶
组成的反应体系。 ◆酶和底物都是以溶解状态存在于均一体系中。由于极
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1 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，美国MIT的克利巴诺夫（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。精品课件