酶的非水相催化(5)
第六章 酶的非水相催化 PPT
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。
Klibanov A M. Enzyme memory-what is remembered and why? [J]. Nature, 1995, 374: 596-600.
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：
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。
卤化物的水解等； （4）容易分离回收； （5）无微生物污染；
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。
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，
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
• (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）
(高考生物)生物学第六章酶的非水相催化
（生物科技行业）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应的研究: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。
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行的催化反应。
◆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。
◆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行的催化反应。
◆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；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，价格要便宜等。
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。
非水相中酶催化技术
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
酶非水相催化
黏合剂、导电聚合物和发光聚合物等）。
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3.与水不溶性有机溶剂组成的两相或多相体系
概念：是指由水和疏水性较强的有机溶剂组成的两相
或多相反应体系。
反应体系中酶的存在形式：游离酶以溶解状态存在；
固定化酶以悬浮形式存在。
➢催化反应通常在两相界面进行；
➢适用于底物和产物两者或其中一种属于疏水化合物的催
化反应；
具有与水溶液中可比的催化活性。5用于酶 Nhomakorabea催
化
的
非
水
介
质
包
括
① 含微量水的有机溶剂
② 与水混溶的有机溶剂和水形成的均一体系
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
⑤ 超临界流体
⑥ 气相
⑦ 离子液
它们不同于标准的水溶液体系，在这些体系中水含量
受到不同程度的严格控制，因此又称为非常规介质。
特性：酶的底物特异性、立体选择性、区域选择
性、键选择性、热稳定性等有所改变。
应用：多肽、酯类、甾体转化、功能高分子合成、
手性药物拆分的研究。
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二、气相介质中的酶催化
指酶在气相介质中进行的催化反应。
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。
特性：气体介质密度低，扩散容易；与在水相中明显
离子液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，挥发性好，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。
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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
1、微水介质体系
酶的非水相催化
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。
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。
.
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
.
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。 .
.
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
.
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。
酶的非水相催化课件
酶的非水相催化课件
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o 两相/多相体系——与水不溶性，非极性有机溶剂
o 由含有溶解酶的水相和一个非极性的有机溶剂(高脂溶 性)相所组成的两相体系。
o 游离酶、亲水性底物或产物溶解于水相，疏水性底物或 产物溶解于有机相
o 催化反应在两相界面进行，一般适用于底物或产物两者 或其中一种是属于疏水化合物的催化反应
酶的非水相催化课件
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o 如：枯草芽孢杆菌蛋白酶催化N-乙酰-L-丝氨酸乙 酯和N-乙酰-L-苯丙氨酸乙酯与丙醇的转酯反应。 在二氯甲烷或苯的介质中，含丝氨酸的底物优先反 应；在吡啶或季丁醇中，含苯丙氨酸的底物先发生 转酯反应。
o 一般，在极性较强的有机溶剂中，疏水性较强的底 物容易反应；反之。
酶的非水相催化课件
酶的非水相催化课件
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6.4 有机介质中酶催化反应的条件及其控制
o 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。
o 主要应控制的条件有
n 水含量 n 酶的种类和浓度 n 底物的种类和浓度 n 有机溶剂的种类 n 温度 n pH n 离子强度
酶的非水相催化课件
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酶的非水相催化课件
12
酶的非水相催化课件
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o 微水介质体系——非极性有机溶剂
o 用非极性有机溶剂取代所有的大量水，使固体 酶悬浮在有机相中。但仍然含有必需的结合水 以保持酶的催化活性(含水量一般小于2%)。
o 酶的状态可以是结晶态、冻干状态、沉淀状态， 或者吸附在固体载体表面上。
腺苷三磷酸酶 ( F1-ATPase) 限制性核酸内切酶
（Hind Ⅲ）
正辛烷，100℃ 水，pH 8.0, 55℃
酶非水相催化PPT精品课件
二
酶都溶于水，只有在一定量水存在的条件下，酶分
、 子才能进行催化反应，所以有机介质中水的含量对酶的
水 催化作用有一定的影响。
对
有 机
1、必需水的概念：是指维持酶分子完整
介 质 中 酶 催 化 的
构 象 的 影 响
酶 分 子 空 间
（ 一 ） 水 对
的空间构象所必需的最低水量。 2、影响：酶分子失去必需水后，其空间
水
相
4、非极性底物或者产物的溶解度增加。
催 化
5、酶的底物特性和选择性有所改变。
的 特
6、减少产物对酶的反馈抑制。
点
7、提高手性化合物不对称反应的对映体选择性。
2021/3/1
6
第七章 酶非水相催化
第二节 有机介质中水和有机溶剂对酶催化反应的影响
系 中所
水溶液反应体系（最常规的酶反应体系）
进有 行的
微水介质体系（研究
，酶
气相介质反应体系
最多，应用最广泛）
酶催
催化 化反 反应 应都 的要 体在 系一 主定 要的 有反
非
水 有机介质反应体系
介 质 反
（研究最多，应用 最广泛）
应
体 超临界流体介质反
系 应体系
与水溶性有机溶剂组 成的均一体系
与水溶性有机溶剂组成 的两相或多相体系
（正）胶束体系
：
应 体2021/3/1
2021/3/1
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第七章 酶非水相催化
第一节 酶非水相催化的主要内容和特点
二 、
根据所用非水介质的不同，分为四种：
酶
非 水 相 催 化 的 主 要 内 容
介（ 质三 中） 的超 酶临 催界 化流
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？
酶的非水相催化原理及应用
酶的非水相催化原理及应用前言酶是生物体内一类特殊的蛋白质，具有催化生物化学反应的能力。
传统上，酶的催化作用都是在水相中进行的，但近年来研究发现，酶在非水相条件下也能展现出催化的活性。
这种非水相催化的酶活性，为许多化学合成过程和工业生产提供了新的思路和方法。
本文将介绍酶的非水相催化原理及应用，并探讨其潜在的发展前景。
非水相催化原理酶在非水相条件下催化反应的原理主要与以下几个方面相关：1.氢键网络的重构：在非水相条件下，酶的氢键网络会重构，使得酶分子更加紧密地结合在一起，从而增强催化效率。
2.构象变化的灵活性：在非水相条件下，酶分子的构象变化更加灵活，可以更好地适应反应物分子的结构，提高反应效率。
3.介质的溶解能力：非水相介质对反应物分子的溶解能力较低，可以促使反应物更易进入酶的活性位点，从而提高催化效率。
4.宽广的反应条件：与水相催化相比，非水相催化酶能够在更广泛的反应条件下工作，例如高温、极端酸碱环境等。
非水相催化的应用领域非水相催化酶已经在许多应用领域中展示出了巨大的潜力和优势，下面列举几个典型的应用：•有机合成：非水相催化酶在有机合成领域中具有广泛的应用。
例如，通过选择合适的非水相介质和反应条件，酶可以催化各种有机反应，如醇酸酯化、酮-醇转化等，从而实现高效、绿色的有机化学合成。
•生物燃料生产：非水相催化酶在生物燃料生产中起到了重要的作用。
酶可以催化生物质的降解和转化，将其转化为可燃的生物燃料，如生物柴油、乙醇等。
非水相条件下的催化反应具有高效性和高产率的特点，能够提高生物燃料的产量和质量。
•医药领域：非水相催化酶在医药领域中也有广泛的应用。
例如，利用酶在非水相条件下的催化活性，可以加速药物合成的速度，提高药物的纯度和效果。
此外，非水相催化酶还可以用于合成药物的关键中间体，从而为医药研发提供有力支持。
非水相催化的发展前景随着对酶催化机制的深入研究和非水相条件下催化反应的优势的认识，非水相催化酶在许多领域中的应用前景越来越广阔。
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反应体系中水对酶催化反应的影响
酶都溶于水，只有在一定量的水存在的条件下，酶分子才能进行 催化反应。所以酶在有机介质中进行催化反应时，水是不可缺少 的成分之一。有机介质中的水含量多少对酶的空间构象、酶的催 化活性、酶的稳定性、酶的催化反应速度等都有密切关系，水还 与酶催化作用的底物和反应产物的溶解度有关。
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。
有机溶剂与水之间的极性不同，在反应过程中会影响底物和产物 的分配，从而影响酶的催化反应。
由含有溶解酶的水相和一个非极性的有机溶剂(高脂溶性)相所 组成的两相体系。 不管采用何种有机介质反应体精系品医，学酶ppt催化反应的介质中都含有机溶剂5 和 一定量的水。它们都对催化反应有显著的影响。
7.2 有机介质反应体系（二）
（正）胶束体系 在大量水溶液中含有少量与水不相混溶的有机溶剂，加入表明活性剂
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。
第七章 酶的非水相催化
精品医学ppt
1
Contents of chapter 7
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
精品医学ppt
2
7.1 酶催化反应的介质
水是酶促反应最常用的反应介质。
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 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、键选择性等精品显医学著pp特t 点。
4
7.2 有机介质反应体系（一）
非极性有机溶剂酶悬浮体系(微水介质体系) 用非极性有机溶剂取代所有的大量水，使固体酶悬浮在有机相
中。但仍然含有必需的结合水以保持酶的催化活性(含水量一般小 于2%)。
酶的状态可以是结晶态、冻干状态、沉淀状态，或者吸附在固 体载体表面上。 与水互溶的有机溶剂水单相体系
有机溶剂与水形成均匀的单相溶液体系。酶、底物和产物都能 溶解在这种体系中。 非极性有机溶剂水两相/多相体系
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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，从而显示出与水相介质中不同的催化特性
底物专一性 立体选择性 区域选择性 键选择性 热稳定性 pH值特性
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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，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、
气相介质中的酶催化 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，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。
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反应体系中有机溶剂对酶催化反应的影响
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性 的不同，保持其空间结构完整性的情况也有所差别。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 中酶的稳定性得到显著提高。
后形成的水包油（O/W）的微小液滴。表明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。 反胶束体系
反胶束是由水/表明活性剂/有机溶剂所组成的低水含量的油包水（W/O） 微乳滴。它是一种宏观均匀、微观多相的热力学稳定体系，该体系是一种 两亲介质，既能溶解水溶性物质，又能增溶疏水性物资，其中有机相（简 称油相）是连续相，水相是疏水相，油相与水相之间通过表明活性剂单分 子层隔开形成球状的反胶束微粒。
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。
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酶非水相催化的几种类型
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。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。