酶非水相催化理论及应用特性
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必需水：维持酶分子完整的空间构象所必需的最低水量。
例如：凝乳蛋白酶，只需５０分子的水。 多酚氧化酶，需３５０个水分子。
最适水含量：在催化反应速度达到最大时的水含量称为最 适水含量。
在实际应用时应当根据实际情况，通过实验确定最适 合水含量。
▪ 表面活性剂：表面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。
▪ 在有机相酶反应中用得最多的是阴离子表面活性剂： AOT(AerosolOT)，其化学名为丁二酸-2-乙基酯磺酸钠。
小结：
1、微量水－非极性有机溶剂(微水介质体系)√
2、水－与水互溶有机溶剂（均一体系） 3、水－非极性有机溶剂（两相体系） 4、胶束体系和反胶束体系
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、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。
▪ 长期以来，人们一直认为酶是水溶性生物大分子， 只能在水溶液中发挥其催化功能，而有机介质会 使酶活性丧失。这种传统思想极大地限制了酶学 的发展。1984年Zaks A和 Klibanov A.M 首次发表 了关于非水相介质中脂肪酶的催化行为及热稳定 性的研究报道，引起了广泛的关注。传统的酶学 领域迅速地产生了一个全新的分支——非水酶学 (nonaqueous enzymology)。
直到1984年，非水溶剂中酶催化的研究才取得了突破性的进 展。
此后十几年来，酶在非水介质中催化反应的研究十分活跃。
二、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。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、气相介质中的酶催化
不管采用何种有机介质反应体系，酶催化反应的介 质中都含有机溶剂和一定量的水。它们都对催化反应 有显著的影响。
二、有机相酶反应的优点 ➢ 1、 有利于疏水性底物的反应，增强反应物的溶解度； ➢ 2、可提高酶的热稳定性； ➢ 3、 能催化在水中不能进行的反应； ➢ 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； ➢ ７、 酶和产物易于回收； ➢ ８、 可避免微生物污染。
➢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。
3、超临界介质中的酶催化
➢温度及压力均处于临界点以上的液体叫超临界流体 (supercritical fluid)。 ➢超临界流体的许多物理化学性质介于气体和液体之间，并具 有两者的优点，如具有与液体相近的溶解能力和传热系数，具 有与气体相近的黏度系数和扩散系数。同时它也具有区别于气 态和液态的明显特点： （1）可以得到处于气态和液态之间的任一密度； （2）在临界点附近，压力的微小变化可导致密度的巨大变 化。
2、水－与水互溶有机溶剂（均一体系）
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。
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3、水－非极性有机溶剂（两相体系）
➢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。Байду номын сангаас
4、胶束体系和反胶束体系
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第七章 酶非水相催化
本章内容：
Go 1、酶非水相催化的几种类型 Go 2、有机介质反应体系 √ Go 3、有机溶剂中酶催化作用的影响因素 √ Go 4、酶在有机介质中的催化特性 Go 5、有机介质中酶的应用形式 √ Go 6、有机介质中酶催化的应用
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。
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。
第三节 有机溶剂中酶催化作用的影响因素
一、水对有机介质中酶催化反应的影响 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。
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➢ “水包油”和“油包水”
有机相 E E
S E
水相
水相
S ....E.. ..
有机相
胶束体系
反胶束体系
（正）胶束体系：表面活性剂的极性段朝外，非极性端朝内， 反应时酶在胶束外面的水溶剂中，疏水性的底物或产物在胶束内 部。反应在胶束的两相界面进行。
反胶束体系：表面活性剂的极性端朝内，非极性端朝外，水溶 液包在胶束内部。反应时，酶分子在反胶束内部的“小水池”中 进行催化。
小结：
酶非水相催化的几种类型
1、有机介质中的酶催化 √
2、气相介质中的酶催化 3、超临界介质中的酶催化 4、离子液介质中的酶催化
第二节 有机介质反应体系
一、常见的有机介质体系
1、微量水－非极性有机溶剂(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。 ➢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。
4、离子液介质中的酶催化
➢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。 ➢与传统的有机溶剂不同的是，离子液体没有蒸汽压，但是 有很好的溶解性，热稳定范围很宽，超过液态温度范围 （≤300℃） 。
氯化1-甲基-3-乙基咪唑盐 1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐
第一节 酶非水相催化的概况
一、非水介质酶催化发展情况
早在20世纪初，Ｅ.Ｂourquelot等曾经将乙醇、丙酮类的有 机溶剂加到酶的水溶液中，进行非水介质中酶催化的尝试。
1975～1983年间Ｂ.Ｃ.Ｂuckland和Ｋ.Ｍartinek等做了将微 生物细胞、游离酶和固定化酶用于有机溶剂中合成酯和类固醇 及甾醇转化的探索。
例如：凝乳蛋白酶，只需５０分子的水。 多酚氧化酶，需３５０个水分子。
最适水含量：在催化反应速度达到最大时的水含量称为最 适水含量。
在实际应用时应当根据实际情况，通过实验确定最适 合水含量。
▪ 表面活性剂：表面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。
▪ 在有机相酶反应中用得最多的是阴离子表面活性剂： AOT(AerosolOT)，其化学名为丁二酸-2-乙基酯磺酸钠。
小结：
1、微量水－非极性有机溶剂(微水介质体系)√
2、水－与水互溶有机溶剂（均一体系） 3、水－非极性有机溶剂（两相体系） 4、胶束体系和反胶束体系
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、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。
▪ 长期以来，人们一直认为酶是水溶性生物大分子， 只能在水溶液中发挥其催化功能，而有机介质会 使酶活性丧失。这种传统思想极大地限制了酶学 的发展。1984年Zaks A和 Klibanov A.M 首次发表 了关于非水相介质中脂肪酶的催化行为及热稳定 性的研究报道，引起了广泛的关注。传统的酶学 领域迅速地产生了一个全新的分支——非水酶学 (nonaqueous enzymology)。
直到1984年，非水溶剂中酶催化的研究才取得了突破性的进 展。
此后十几年来，酶在非水介质中催化反应的研究十分活跃。
二、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。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、气相介质中的酶催化
不管采用何种有机介质反应体系，酶催化反应的介 质中都含有机溶剂和一定量的水。它们都对催化反应 有显著的影响。
二、有机相酶反应的优点 ➢ 1、 有利于疏水性底物的反应，增强反应物的溶解度； ➢ 2、可提高酶的热稳定性； ➢ 3、 能催化在水中不能进行的反应； ➢ 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； ➢ ７、 酶和产物易于回收； ➢ ８、 可避免微生物污染。
➢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。
3、超临界介质中的酶催化
➢温度及压力均处于临界点以上的液体叫超临界流体 (supercritical fluid)。 ➢超临界流体的许多物理化学性质介于气体和液体之间，并具 有两者的优点，如具有与液体相近的溶解能力和传热系数，具 有与气体相近的黏度系数和扩散系数。同时它也具有区别于气 态和液态的明显特点： （1）可以得到处于气态和液态之间的任一密度； （2）在临界点附近，压力的微小变化可导致密度的巨大变 化。
2、水－与水互溶有机溶剂（均一体系）
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。
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➢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。Байду номын сангаас
4、胶束体系和反胶束体系
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第七章 酶非水相催化
本章内容：
Go 1、酶非水相催化的几种类型 Go 2、有机介质反应体系 √ Go 3、有机溶剂中酶催化作用的影响因素 √ Go 4、酶在有机介质中的催化特性 Go 5、有机介质中酶的应用形式 √ Go 6、有机介质中酶催化的应用
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。
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。
第三节 有机溶剂中酶催化作用的影响因素
一、水对有机介质中酶催化反应的影响 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。
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➢ “水包油”和“油包水”
有机相 E E
S E
水相
水相
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有机相
胶束体系
反胶束体系
（正）胶束体系：表面活性剂的极性段朝外，非极性端朝内， 反应时酶在胶束外面的水溶剂中，疏水性的底物或产物在胶束内 部。反应在胶束的两相界面进行。
反胶束体系：表面活性剂的极性端朝内，非极性端朝外，水溶 液包在胶束内部。反应时，酶分子在反胶束内部的“小水池”中 进行催化。
小结：
酶非水相催化的几种类型
1、有机介质中的酶催化 √
2、气相介质中的酶催化 3、超临界介质中的酶催化 4、离子液介质中的酶催化
第二节 有机介质反应体系
一、常见的有机介质体系
1、微量水－非极性有机溶剂(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。 ➢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。
4、离子液介质中的酶催化
➢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。 ➢与传统的有机溶剂不同的是，离子液体没有蒸汽压，但是 有很好的溶解性，热稳定范围很宽，超过液态温度范围 （≤300℃） 。
氯化1-甲基-3-乙基咪唑盐 1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐
第一节 酶非水相催化的概况
一、非水介质酶催化发展情况
早在20世纪初，Ｅ.Ｂourquelot等曾经将乙醇、丙酮类的有 机溶剂加到酶的水溶液中，进行非水介质中酶催化的尝试。
1975～1983年间Ｂ.Ｃ.Ｂuckland和Ｋ.Ｍartinek等做了将微 生物细胞、游离酶和固定化酶用于有机溶剂中合成酯和类固醇 及甾醇转化的探索。