酶非水相催化 (2)优秀课件

2. 有机溶剂对酶活性的影响
（1）有机溶剂对结合水的影响
一些相对亲水性的有机溶剂能够夺取酶 表面的必需水而导致酶失活。
由于酶与溶剂竞争水分子，体系的最适 含水量与酶的用量及底物浓度有关。
提高酶分子的亲水性，可以限制酶在有 机溶剂中的脱水作用。
３、溶剂对底物和产物分配的影响
溶剂能直接或间接地与底物和产物相互作用。 溶剂能改变酶分子必需水层中底物或产物的
原因：当酶分子从水溶液转移到有机介质时，原 有的解离状态不变，被保持在有机介质中；
有机介质中酶催化反应的最适ph通常与在水溶 液的pH接近；
但有些有机溶剂中酶的最PH与水溶液中相差较 大，还与缓冲液种类和离子强度有关;
第四节 有机介质中酶催化反应的
有机介质中的酶催化
指酶在含有一定量水的有机溶剂中进行的催化反应。 适用范围:底物、产物两者或其中之一为疏水性物质的
酶催化作用。 原因: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。 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
水量; 不同的酶所需求的必需水的量差别较大; 每分子凝乳蛋白酶只需50分子的水，每分子多
酚氧化酶却需3.5×102个水分子 原因:必需水是维持酶分子结构中氢键、盐键等
副键所必需的。
2.水对酶催化反应速度的影响
有机介质中水的含量对酶催化反应速度有显著影 响。
在催化反应速度达到最大时的水含量称为最适水 含量。
酶非水相催化 (2)优秀课件
观念的改变
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。
近年来，进行了非水介质的酶结构与功能、酶 作用机制、酶作用动力学的研究，建立起非水 酶学（non-aqueous enzymology)。
第一节 酶非水相催化的主要内容
受非水介质的影响，其催化特性与在水相中不同。
有机介质中有机溶剂与底物的疏水作用更强;
(2)不同的有机介质，酶的底物专一性也不一 样:
极性较强的有机溶剂中,疏水性较强的底物易 反应;
极性较弱的有机溶剂中,疏水性较弱的底物易 反应;
二、对映体选择性
酶的对映体选择性是指酶识别外消旋 化合物中某种构象对映体的能力。
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：
1,4-二丁酰基-2-辛基苯 + 丁醇
பைடு நூலகம்
脂肪酶 甲苯 转脂反应 乙腈
K4，1 2
0.5
四、键选择性（chemoselectivity)
即在同一个底物分子中有两种以上的化学键都 可以与酶反应时，酶对其中一种化学键优先进 行反应。
占优势
黑曲霉脂肪
6-氨基-1-已醇 酶
毛霉脂肪酶
羟基酰化 氨基酰化
五、热稳定性
一、底物专一性
酶在有机溶剂中对底物的化学结构和 立体结构均有严格的选择性。
例如：青霉脂肪酶 在正己烷中催化2-辛醇与不同链长的脂
肪酸进行酯化反应时，该酶对短链脂肪酸 具有较强的特异性。
(1)有机介质中酶活性中心结合部位与底物的结 合状态发生改变,致使酶的底物特异性发生改 变:
水溶液中底物与酶活性中心结合靠疏水作用;
性药物拆分的研究。
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
微水介质体系
是由有机溶剂和微量的水组成的反应体系。 微量的水主要是酶分子的结合水,对维持酶
分子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。 酶以冻干粉或固定化酶的形式悬浮于有机
介质中，是常见的有机反应体系。
有机溶剂中酶的热稳定性和储存稳定性都比 水溶液中高。
例如： 猪胰脂肪酶（PPL）在苯中催化酯交换反 应时，
（1）酶活性随温度升高（20～70℃）而增加，
（2）在70℃连续反应7次（每次96 h）后酶活力仍 保持 60％，
（3）在100℃时的半衰期可达数十小时，而在水 中100℃几乎马上失活。
PPL的稳定性取决于有机溶剂中水的浓度， 1％的水，会使PPL的稳定性降低到和水溶液中 相同的水平。
二、水对有机介质中酶催化的影响
有机溶剂中酶的催化活力与反应系统的 含水量密切相关。
系统含水量:与酶分子紧密结合的结合水、 溶解在有机溶剂中的游离水。
与酶结合的水量是影响酶的活力、稳定 性以及专一性的决定因素
1、水对酶分子空间构象的影响
无水下酶空间构象被破坏,故需一层水化层; 必需水:维持酶分子完整空间构象所必需的最低
疏水性强的有机溶剂中酶的立体选择性差。 例如：某些蛋白水解酶在有机溶剂中可以合
成由D－氨基酸组成的多肽，而在水溶液中 酶只选择L-氨基酸。
三、区域选择性
酶能够选择底物分子中某个区域的基团优先发生反应； 用区域选择系数的大小衡量。
用1、2代表底物分子的区域位置；
区域选择系数：
K1，2=（kcat/Km)1/ （kcat/Km)2
六、pH值特性
在有机介质中酶所处的pH环境与酶在冻干或吸 附到载体上之前所使用的缓冲液pH值相同，称 为pH印记或pH记忆（pH-imprinting）;
现象：脂肪酶催化三丁酸甘油与正庚醇的转酯 反应，酶的反应速度与其冷冻干燥前水溶液的 的PH密切相关，反应的最适PH接近于水溶液 中的最适PH
浓度。 ①有机溶剂极性小，疏水性强，则疏水性底物
难于进入必需水层； ②有机溶剂极性过强，亲水性强，则疏水性底
物在有机溶剂中的溶解度低。 故选择2≦lgp≦5的有机溶剂作为有机介质为
宜。
第三节 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。
在实际应用时应当根据实际情况，通过实验确定 最适水含量。
三、有机溶剂对有机介质中酶催化的影响
1. 有机溶剂对酶结构与功能的影响
在水溶液中酶分子均一地溶解在水溶液中，较好 地保持其构象； 有机溶剂中酶分子不能直接溶解，因此根据酶分 子特性与有机溶剂特性不同，其空间结构的保持 也有不同。 有些酶在有机溶剂作用下，其结构受到破坏； 有的酶分子则保持完整；