补充---酶的非水相催化.pdf

Chapter 5-6 Enzymatic catalysis in Non- aqueous system 第五章 第六节 酶的非水相催化p59 Contents of chapter 7 1、酶非水相催化的研究概况 2、有机介质反应体系 3 、酶在有机介质中的催化特性 4、有机介质中酶催化反应的条件及其控制 5、酶非水相催化的应用 第一节 酶非水相催化的研究概况 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，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在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。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。 （2 ）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。 （3 ）超临界流体介质中的酶催化 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。 （4 ）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 择性等显著特点。 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、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。 2、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。如辣根过氧化物酶（HRP ）p209 3、非极性有机溶剂-水两相/多相体系 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。 4、（正）胶束体系 胶束又称为正胶束或正胶团，是在大量水溶液中含有少 量与水不相混溶的有机溶剂，加入表面活性剂后形成的水 包油的微小液滴。 表面活性剂的极性端朝外，非极性端朝内，有机溶剂包 在液滴内部。 反应时，酶在胶束外面的水溶液中，疏水性的底物或产 物在胶束内部。反应在胶束的两相界面中进行。 5、反胶束体系 反胶束又称为反胶团，是指在大量与水不相混溶的有机 溶剂中，含有少量的水溶液，加入表面活性剂后形成的油 包水的微小液滴。 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水溶液中，疏水性底物 或产物在反胶束外部，催化反应在两相的界面中进行。 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、水对有机介质中酶催化反应的影响 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。