Chapter 7 酶的非水相催化.ppt

实验设计用酶

详细介绍;Chapter7

EnzymaticcatalysisinNon-aqueoussystem;Contentsofchapter7;1酶催化反应的介质;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。Zaks,A.andKilbanov,A.M(1984),Science224,1249-1251

ZoKs,A.andKilbanov,A.M.(1985),Proc.Natl,Acad,82,3192-3196

;酶非水相催化的几种类型;气相介质中的酶催化——气相介质

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。;超临界介质中的酶催化——超临界流体

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。;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（ionicliquids）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。;2有机介质反应体系;两相/多相体系——与水不溶性，非极性有机溶剂

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。

游离酶、亲水性底物或产物溶解于水相，疏水性底物或产物溶解于有机相

催化反应在两相界面进行，一般适用于底物或产物两者或其中一种是属于疏水化合物的催化反应;12;13;微水介质体系——非极性有机溶剂

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。

有机介质酶催化中广泛应用的一种反应体系。

;微量的水主要是酶分子的结合水，对于维持酶分子的空间构象和催化活性至关重要。

另一有部分水分配在有机溶剂中。;(正)胶束体系

是在大量水溶液中含有少量与水不???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，有机溶剂抱在液滴内部

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。;反胶束体系

含有表面活性剂与少量水的有机溶剂系统

反向微团：疏水尾部向外，与非极性有机溶剂接触，急性头部向内，形成一个极性核

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。;18;有机介质酶催化的优点;6.3酶在有机介质中的催化特性;底物特异性、立体选择性;22;从热力学角度看，底物专一性改变的原因是由于溶剂的改变导致底物在有机溶剂与酶的活性中心之间的分配系数发生了改变。

不同的有机溶剂具有不同的极性，故不同的有机介质中，酶的底物专一性也不一样。;如：枯草芽孢杆菌蛋白酶催化N-乙酰-L-丝氨酸乙酯和N-乙酰-L-苯丙氨酸乙酯与丙醇的转酯反应。在二氯甲烷或苯的介质中，含丝氨酸的底物优先反应；在吡啶或季丁醇中，含苯丙氨酸的底物先发生转酯反应。

一般，在极性较强的有机溶剂中，疏水性较强的底物容易反应；反之。;立体选择性;区域选择性;键选择性;活性;酶活性丧失的原因;热稳定性

酶在缺水的环境中，使得酶分子中肽键水解、二硫键破坏、氨基酸异构化等无法进行，酶构象的刚性增加，稳定性提高。

如：胰脂肪酶催化的反应

酶在非水介质中的稳定性还与介质中的水含量有关。如RNase在非水介质中的水含量从0.06g/g增加到0.2g/g蛋白质时，酶半衰期从120min减少到50min;反应体系对酶酯化反应的影响

反应体系含1-三甲基硅-1-乙醇10mM，戊酸10mM，内标正十五烷，

脂肪酶50mg，30℃，120rpm条件下振荡反应

1：水饱和正已烷10ml，2∶pH7.2缓冲液5ml+正已烷10ml;某些酶在有机介质与水溶液中的热稳定性;最适pH

pH对水相中进行的酶促反应有较大影响，但在有机相反应体系中，很难直接测定。

在非水相反应中，酶所处的pH环境与酶在直接干燥、冻干或吸附到载体之前的缓冲液的pH相同，即酶对它所在的最后一个水溶液的pH有记忆能力，从缓冲液中获得的酶在微水体系中可以保持原先pH环境下的构象，酶的可电离基团在一定的pH中获得某一电离状态后，将它干燥或冻干后再加入到微水体系中，