[初二理化生]第七章 有机介质中的酶反应.ppt

第七章 有机介质中的酶反应 Enzymatic catalysis in Non-aqueous system Contents of chapter 6 第一节 有机介质中的酶促反应概述 一、酶催化反应的介质 二．有机相酶反应的优点 三．有机相酶反应必备条件 四．有机相酶反应的研究进展 一、酶催化反应的介质 （一）酶非水相催化的分类 (4) 正胶束体系 正胶束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，有机溶剂被包在液滴内部。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 反胶束是指在大量与水不混溶的有机溶剂中，含有少量的水溶液，加入表面活性剂后形成油包水的微小液滴。 二．有机相酶反应的优点 1.有利于疏水性底物的反应 2.可提高酶的稳定性 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 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 1． 超临界流体中的酶反应 （1）概念: 指温度和压力均在本身的临界点以上的高密度流体，具有和液体同样的凝聚力、溶解力；然而其扩散系数又接近于气体，是通常液体的近百倍。 超临界流体萃取具有很高的萃取速度。另外该流体随着温度与压力的连续变化，对物质的萃取具有选择性，而且萃取后分离也很容易。 （2）超临界流体的有关性质 A.超临界流体的P-V-T性质 B. 超临界CO2 指纯净的CO2被加热或压缩到高于其临界点（临界温度31.1℃，临界压力7.28Mpa)时的状态。该流体具有无毒、无臭、不燃等优点。对多数酶都能适用，且产物易于分离。 C.提高溶剂选择性的基本原则： 第一：操作温度和压力在超临界流体的临界点接近； 第二：超临界流体的化学选择和待分离溶质的化学性质接近。 E.超临界流体的选定 D. SC 流体的溶解能力 超临界流体的溶解能力与其密度有很大关系，而密度又受到体系温度或压力的明显影响，所以压力或温度的变化，就会直接改变其溶解能力。 ④ 临界压力不能太高，可节约压缩动力费； ⑤ 选择性要好，容易得到高纯度制品； ⑥ 溶解度要高，可以减少溶剂的循环量； ⑦ 萃取剂要容易获取，价格要便宜； ⑧ 萃取剂必须对人体没有任何毒性。（在医药、食品上使用） （1） 仿水溶剂体系 原理: 酶在有机相中主要依靠必需水与酶分子间的氢键维持活性构象，因此可用二甲基甲酰胺（DMF），乙二醇，丙三醇等极性添加剂部分或全部替代系统中的水，以调节酶分子的柔性，从而影响酶的活性和立体选择性。 （2）分子印迹技术 原理： 竞争性抑制剂诱导酶活性中心构象发生变化，形成一种高活性的构象形式，而此种构象形式在除去抑制剂后，因酶在有机介质中的高度刚性而得到保持。 例： 当枯草杆菌蛋白酶从含有竞争性抑制剂（N-Ac-Tyr-NH2）的水溶液中冻干出来后，再将抑制剂除去，该酶在辛烷中催化酯化反应的速度比不含抑制剂的水溶液中冻干出来的酶高100倍，但这样处理的酶在水溶液中其活性与未处理的酶相同。 第二节 有机介质中酶促反应的条件 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－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。 一．必需水 1.概念： 紧紧吸附在酶分子表面，维持酶催化活性所必需的最少量水。 注意：酶的活性是由必需水决定的，与溶剂里的水含量无关。 非水介质酶催化反应的共识 微量的水对酶有效发挥催化作用是必需的，因为水间接或直接的参与了酶天然构想中包括氢键、静电作用、疏水作用和范德华力在内的所有非共价相互作用。 无水条件下，酶分子的带电基团和极性基团之间通过相互作用形成一种非活性的“封闭”结构，水的加入可以削弱这种相互作用，使非共活性的“封闭”结构“疏松”，从而酶分子的柔韧性增加，并通过非共价作用力来维持酶的催化活性构象，即水充当了酶分子的“润滑剂”。 2.表征必需水作用的参数---热力学水活度 定义：在一定温度和压力下，反应体系中的水蒸汽压与相同条件下纯水的蒸气压之比。该参数直接反应酶分子上水分的多少，与体系中水含量及所用溶剂无关。 含义：水在体系中的固相（酶，载体），液相（含底