Chapter 6_酶的非水相催化(下).ppt

1、底物特异性（底物专一性） 酶在水溶液中进行催化反应，具有高度的底物专一性。 在有机介质中，由于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发生改变。 有机溶剂具有不同的极性，所以在有机介质中，酶的底物专一性会发生改变。 例：胰蛋白酶等蛋白酶在催化N-乙酰-L-丝氨酸乙酯和N-乙酰-L-苯丙 氨酸乙酯的水解反应时： 在水溶液中，后者比前者催化水解的速度快104倍 在辛烷介质中，前者比后者催化水解的速度快20倍 2、对映体选择性 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能力大小的指标。 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。 在手性药物的制造中有重要应用。 例：蛋白酶 水溶液中：只水解含有L-氨基酸的蛋白质生成L-氨基酸 有机介质中：以D-氨基酸为底物合成由D-氨基酸组成的多肽 3、区域选择 酶在有机介质中进行催化时，具有区域选择性 选择底物分子中某一区域的基团优先进行反应。 例：脂肪酶催化1,4-二丁酰基-2-辛基苯与丁醇的转酯反应: 在甲苯中：酶优先作用于底物C4位上的酰基； 在乙腈中：酶优先作用于底物C1位上的酰基。 4、键选择性 在同一个底物分子中有2个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。 例：脂肪酶催化6-氨基-1-己醇酰化反应，底物分子中的氨基和羟基都可能被酰化分别生成肽键和酯键： 黑曲霉脂肪酶催化：羟基酰化占绝对优势 毛霉脂肪酶催化：氨基酰化占绝对优势 在不同的有机介质中：氨基酰化与羟基酰化程度也有所不同 键选择性与酶的来源和有机介质的种类有关。 5、热稳定性 例：胰脂肪酶 在水溶液中：100℃时，很快失活； 在有机介质中： 100℃时，半衰期却长达数小时。 原因：有机介质中缺少引起酶分子变性失活的水分子。 水分子会引起酶分子中天冬酰胺和谷氨酰胺的脱氨基作用，还可能会引起天冬氨酸肽键的水解、半胱氨酸的氧化、二硫键的破坏等。 许多酶在有机介质中热稳定性比在水溶液中的热稳定性更好。 5、热稳定性 酶在有机介质中的热稳定性还与介质中的水含量有关，通常情况下，随着介质中水含量的增加，其热稳定性降低。 例1：核糖核酸酶在有机介质中： 水含量为0.06 g/g蛋白质，半衰期120 min 水含量为0.2 g/g蛋白质时，半衰期45 min 例2：细胞色素氧化酶在甲苯中： 水含量为0.3％时，半衰期 4 h 水含量为l.3％时，半衰期 1.7 min 6、pH “记忆”与pH “忘记” 在水溶液中，pH值是影响酶催化的重要因素 水溶液中缓冲液的pH值决定了酶分子活性中心基团的解离状态和底物分子的解离状态，从而影响酶与底物的结合和催化反应。 在有机介质中，pH值如何影响催化反应？ 在有机溶剂中，不存在质子获得或丢失的条件 pH“印记”或pH“记忆” 有机介质反应中，酶所处的pH环境与酶的冻干或吸附到载体之前所使用的缓冲液pH值相同。 酶在冻干或吸附到载体之前，先置于一定pH值的缓冲液中，缓冲液的pH值决定了酶分子活性中心基团的解离状态。 酶分子从水溶液转移到有机介质中时，酶分子保留了原有的pH印记，原有的解离状态保持不变，即酶分子在缓冲液中所处的pH状态仍然保持在有机介质中。 酶在有机介质中催化反应的最适pH值通常与酶在水溶液中反应的最适pH值接近或相同。 可以通过控制缓冲液中pH值，达到控制有机介质中酶催化反应的最适pH值。 pH“忘记” 有机相缓冲液会影响或控制着有机介质中酶的解离状态，使酶分子的pH“印记”特性不再起作用，酶完全“忘记”干燥前它所处的溶液pH。 例：在含有微量水的有机介质中： 某些疏水性的酸与其对应的盐组成的混合物可作为有机相缓冲液使用，以中性或离子对的形式溶解于有机溶剂中，这两种存在形式比例控制着有机介质中酶的解离状态。 （一些疏水性的碱与其对应的盐组成的混合物也可以） 有些酶在有机介质中催化的最适pH值与水溶液中催化的最适pH值有较大差别，需要在实际应用时加以调节控制。 * * Chapter 6 酶非水相催化（下） 6.3 有机介质反应体系影响因素 1、反应体系中水对酶催化反应的影响 2、反应体系中有机溶剂对酶催化反应的影响 1、水对酶催化反应的影响 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。 一般蛋白酶都溶于水，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。 有机介质中水含量的多少对酶的空间构象、催化活性、稳定性、