有机介质中酶催化反映的影响因素
酶工程作业题及答案
⏹为什么滞后合成型的酶要在细胞生长一段时间甚至进入平衡期以后才开始合成？滞后合成型的酶之所以要在细胞生长一段时间甚至进入平衡期以后才开始合成，主要原因是由于受到培养基中存在的阻遏物的阻遏作用。
只有随着细胞的生长，阻遏物几乎被细胞用完而使阻遏解除后，酶才开始大量合成。
若培养基中不存在阻遏物，该酶的合成可以转为延续合成型。
该类型酶所对应的mRNA稳定性很好，可以在细胞生长进入平衡期后的相当长的一段时间内，继续进行酶的生物合成。
⏹酶的发酵生产过程中，要使酶的产率提高，可以采取哪些措施？使用优良的产酶细胞；使用优良的发酵生产设备；采用先进的分离纯化技术和设备；控制好工艺条件；采取某些行之有效的措施。
添加诱导物对于诱导酶的发酵生产，在发酵过程中的某个适宜的时机，添加适宜的诱导物，可以显著提高酶的产量。
例如，乳糖诱导β-半乳糖苷酶，纤维二糖诱导纤维素酶，蔗糖甘油单棕榈酸诱导蔗糖酶的生物合成等。
诱导物一般可以分为3类:酶的作用底物,作用底物的类似物 ,酶的催化反应产物.控制阻遏物的浓度阻遏作用根据机理不同，可分为：产物阻遏和分解代谢物阻遏两种。
1.产物阻遏作用是由酶催化作用的产物或者代谢途径的末端产物引起的阻遏作用。
为了减少或者解除分解代谢物阻遏作用，应当控制培养基中葡萄糖等容易利用的碳源的浓度。
2.分解代谢物阻遏作用是由分解代谢物（葡萄糖等和其它容易利用的碳源等物质经过分解代谢而产生的物质）引起的阻遏作用。
较采用其他难利用的碳源，如淀粉等采用补料、分次流加碳源添加一定量的环腺苷酸（cAMP）对于受代谢途径末端产物阻遏的酶，可以通过控制末端产物的浓度的方法使阻遏解除。
添加表面活性剂表面活性剂可以与细胞膜相互作用，增加细胞的透过性，有利于胞外酶的分泌，从而提高酶的产量。
将适量的非离子型表面活性剂，如吐温（Tween）、特里顿(Triton)等添加到培养基中，可以加速胞外酶的分泌，而使酶的产量增加。
由于离子型表面活性剂对细胞有毒害作用，尤其是季胺型表面活性剂（如‘新洁而灭’等）是消毒剂，对细胞的毒性较大，不能在酶的发酵生产中添加到培养基中。
第七章 有机介质中的酶反应.
3.能催化在水中不能进行的反 9.酶和产物易于回收。 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 10.可避免微生物污染。
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三． 有机相酶反应具备条件
1． 2． 3． 4． 保证必需水含量。 选择合适的酶及酶形式。 选择合适的溶剂及反应体系。 选择最佳pH值。
加入适量的水，能使酶活 性中心的极性和柔性提高， 从而使酶活急剧升高。 再增加含水量时，非但不 会增加酶的催化活力，反 而会引起酶活力的降低。
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原因
酶分子结构的柔性过大，酶的构象将向疏水环境下热 力学稳定的状态变化，引起酶分子结构的改变而使酶 失去活性。
水分子在活性位点之间形成水束，通过介电屏蔽的作 用，掩盖了活性部位的极性。
第七章 有机介质中的酶反应
Enzymatic catalysis in Non-aqueous system
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Contents of chapter 6
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第一节 有机介质中的酶促反应概述 第二节 有机介质中酶促反应的条件 第三节 有机介质对酶性质的影响 第四节 有机介质中酶促反应的应用
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溶解在溶剂中的水
结合在酶分 子上的水
水活度
结合在其他 组分上的水
气相中的水蒸气
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采用水活度作为结合水量的衡量有多个优点
1 水活度的大小能直接反映出酶分子结合水的多少
2 反微量水的低水有机溶剂体系是一个涉及含酶和 载体的固相、含底物溶剂的液相和体系空间的气 相等三相系统，可用各相的水活度相等的原则方 便的表示或处理体系的平衡状态 3 可以在反应到达平衡时通过测定体系的气体湿度 比较方便的测定出水活度。
有机介质中的酶催化名词解释
有机介质中的酶催化名词解释
有机介质中的酶催化是指酶在有机介质中催化生物化学反应的过程。
有机介质是指由有机化合物构成的溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮等。
酶是一种特殊的蛋白质，能够加速化学反应的速率并降低反应所需的能量。
在有机介质中，酶的活性和稳定性与在水中不同，因此需要对酶的反应条件进行调整。
有机介质中的酶催化具有以下优点：
1. 扩大了酶反应的适用范围，使得一些水溶性的酶可以应用于有机反应中。
2. 由于有机介质具有较小的极性，因此可避免水分子的竞争，使得酶催化反应的效率更高。
3. 有机介质中的酶催化可以降低反应温度和反应时间，提高反应产物的纯度。
但是，有机介质中的酶催化也存在一些限制和挑战，如：
1. 有机介质的溶解度和毒性可能会影响酶的活性和稳定性，因此需要进行优化和评估。
2. 酶的选择和修饰需要考虑有机介质的特性和反应条件，以提高催化效率和选
择性。
综上所述，有机介质中的酶催化是一种有潜力的生物催化技术，可以扩大酶催化反应的适用范围和提高反应效率，但仍需要进一步研究和优化。
酶工程
第一章绪论酶工程：酶的生产、改性和应用的技术过程。
酶的生产(enzyme production):通过各种方法获得人们所需的酶的技术过程，主要包括微生物发酵产酶、动植物培养产酶和酶的提取与分离纯化等。
酶的改性(enzyme improving ):通过各种方法改进酶的催化特性的技术过程，主要包括酶分子修饰、酶固定化、酶非水相催化和酶定向进化等。
酶的应用(enzyme application):通过酶的催化作用获得人们所需的物质或者除去不良物质的技术过程，主要包括酶反应器的选择与设计以及酶在各个领域的应用等。
酶工程的主要内容包括微生物细胞发酵产酶，酶的提取与分离纯化，酶分子修饰，酶、细胞和原生质体固定化，酶的非水相催化，酶反应器和酶的应用等。
酶工程的主要任务是经过预先设计，通过人工操作，获得人们所需的酶；并通过各种方法使酶充分发挥其催化功能。
酶是一类具有催化功能的生物大分子，亦称生物催化剂。
酶的分类：1、氧化还原酶（oxidoreductase）2、转移酶（transferase）3、水解酶（hydrolase）4、裂解酶（或裂合酶lyase）5、异构酶（isomerase）6、合成酶（synthease）或连接酶（ligase）酶的催化特性：高效性、高度专一性、反应条件温和且活力可调节影响酶催化反应速率的因素：底物浓度的影响，酶浓度的影响，pH、温度的影响，抑制剂的影响，激活剂的影响米氏方程式：[S]：底物浓度V：不同[S]时的反应速度V max：最大反应速度(maximum velocity)Ｋm：米氏常数(Michaelis constant)米氏常数Km的意义：☐重要特征物理常数，与酶浓度无关。
不同的酶具有不同K m值☐物理意义：Km等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。
☐Km值只是在固定的底物，一定的温度和pH条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的Km值。
☐K m值近似等于[ES]的解离常数，可表示酶与底物之间的亲和力：K m值大表示亲和程度小，酶的催化活性低; K m值小表示亲和程度大,酶的催化活性高☐从k m可判断酶的专一性和天然底物。
第五章 有机溶剂中的酶催化作用
正由于以上原因，正确选择有机溶剂显得 十分重要。所以必须考虑以下几种因素： （ 1 ）溶剂与反应的相容性。例如，酶催化糖 修饰反应，必须在亲水性的有机溶剂（加二 甲基甲酰胺等）中进行。若使用疏水性有机 溶剂，底物不溶解，酶促反应不能发生。 （2）溶剂对主要的反应应该是惰性的。 （ 3 ）溶剂的密度、粘度、表面张力、毒性、 废物的处理和成本等。 但是普遍认为最佳溶剂因底物而异。 即一种溶剂在辛醇／水两相间分配系数 的常用对数值 (lgP)。 P大，酶活性大，所需 要的水量少。
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必需水：是维系酶构象稳定和酶催化活性所必需 的那部分最少量的水分子, 有时也叫结合水,或者束缚水。 只要那部分必需水不丢失, 其他的大部分水可 以由有机溶剂代替.
所以，有机介质中的酶促反应在微观上看是 水的酶反应，但是在宏观上看是有机介质中的酶反 应。如有的酶反应即使水只占0.015%， 酶仍然有 活性，可以进行酶反应, 而且反应速度非常快。
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五、 溶剂的选择
1.水溶性有机溶剂 甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、甘油、正丁醇等 2.水不溶性有机溶剂 石油醚、三氯乙烷、乙酸乙酯、苯、己烷等 在这些酶反应溶剂的选择中，介质的组成一般 可有四种：
1）单相共溶剂系统（水与能与水相溶的有机溶剂） 2）双相溶剂系统（水与跟水不相溶的有机溶剂） 3）低水有机系统 4）反向微团系统
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二、 活性
a)单相共溶剂系统中 对酶的影响作用主要是如下： 1) 有机溶剂直接作用于酶，破坏维持酶活性构象 的氢键、疏水键、水化层，酶变性失活。 一般有随着有机溶剂浓度上升,活性下降的一般规 律。 2)但有些酶，有机溶剂的浓度上升，酶活性反而上 升，到一定浓度， 酶活性达最高，如再提高浓度， 酶活性反而下降。 如胰蛋白酶在1,4-丁二醇中最适浓度80%猪心线 粒体ATPase，在乙醇中最适浓度10% EcoRI内切 酶在甘油中最适浓度为20% 37
酶催化反应研究进展1
酶催化反应研究进展摘要：简述了酶催化优点和不足及近年来五种不同体系（有机溶剂体系、反胶束体系、低共熔体系、超临界流体体系、气相体系）中酶催化反应的概况并阐明了此反应体系的优势之处及还有那些不足。
且酶作为一种生物催化剂，已经广泛应用于各个领域中，酶工程是现代生物技术的重要组成部分，对各领域的技术性突破具有一定的影响。
随着酶工程不断地技术性突破，酶在医药工业方面、食品工业方面、轻工业、有机合成方面等都的应用越来越广泛。
作为一项新技术，它对各领域势必会有一定的推进作用。
关键词酶催化反应，反应体系，应用Title ×××××（4号Times New Roman,实词首字母大写）Abstract×××××××（小4号Times New Roman，1.5倍行距，第一个字应顶格写）Keywords1 酶催化的介绍酶是一种具有特殊三维空间构象的蛋白质,它能在生物体内催化完成许多广泛且具有特异性的反应。
随着生化技术的进展,酶催化反应越来越多地被有机化学家作为一种手段应用于有机合成。
酶有专一的、有催化活性的性质,它们在体内几乎参与了所有的转变过程,催化生物分子的转化；也催化许多体内存在的物质发生变化,使人体得以有正常的新陈代谢。
许洪高、高彦祥等人还发明了一种酶催化反应的装置。
1.1 酶催化的优点酶作为一种生物催化剂自然具备其特有的优点，如酶催化效率高, 专一性强, 可减少或避免副反应；可以利用酶通过有限的步骤实现许多化学方法难以完成的反应；反应条件温和, 可节省能源, 减少设备费用；而且酶来自生物体本身，故它是生物体可降解的无环境毒害性物质，符合将废弃物控制在最小限度, 实现原子经济的绿色化学要求。
1.2 酶催化的不足尽管酶催化反应有如此多的优点，以酶作为生物催化剂在工业生产中的应用到目前为止还不是很普遍主要有以下几个原因：在催化反应环境中存在的热、酸、碱、氧化剂、重金属离子，而酶本身是生物大分子，且许多酶是胞内酶，细胞内部环境通常比较稳定,故可能会因催化反应的环境中的因素导致酶分子失活破坏酶的稳定性；一些酶对价格通常较昂贵的辅酶有较强的依赖性；在化学反应体系中应用酶作催化剂，酶的催化活性和选择性往往并不十分理想；酶的来源及成本问题，许多工业用酶成本较高, 而且种类有限。
第七章有机介质中的酶反应
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（含底物
的溶剂）和气相（液面上部的空间）之间进行分配，达到 平衡时各相水活度相等。
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溶解在溶剂中的水
结合在酶分 子上的水
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。
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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）。
太多的水会使酶积聚成团，导致疏水性底物较难进入 酶的活性部位，引起传质阻力。
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二. 酶的选择
1. 酶种类的选择
应具有对抗有机介质变性的潜在能力，在有机 介质中能保持其催化活性构象。
2．酶形式的选择
（1）酶粉：
例如：有人研究a-胰凝乳蛋白酶在酒精中转酯反应， 发现催化活性随反应体系中酶量的减少而显著增加。
2.可提高酶的稳定性
8. 酶易于实现固定化。
3.能催化在水中不能进行的反 9.酶和产物易于回收。
应
10.可避免微生物污染。
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
10
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。
有机溶剂中酶催化活性研究进展
有机溶剂中酶催化活性研究进展摘要：酶在有机溶剂中催化作用的研究日益受到重视，其应用范围也越来越广。
本文就有机介质中酶催化的影响因素进行了探讨，并归纳出提高酶活性的一系列方法，最后简要介绍了有机溶剂中酶的应用。
关键词：有机溶剂；酶催化一直以来，人们认为“生物催化必须在水溶液中进行”、“有机溶剂是酶的变性剂、失活剂”，而1984年，Klibanov[1]提出:“只要条件合适，酶在非生物体系的有机溶剂中同样具有催化功能”的理论使酶学概念发生了革命性的改变，并由此开创了非水相生物催化（非水酶学）的新时代。
1 有机溶剂中酶催化反应的优势研究表明，有机溶剂中的酶和水溶液中的酶一样具有高度的底物选择性。
此外，还有以下一些特点[2, 3]: （1）绝大多数有机化合物在非水系统内溶解度很高；（2）根据热力学原理，一些在水中不可能进行的反应，有可能在非水系统内进行；（3）有机溶剂可促使热力学平衡向合成方向（如酯合成、肽合成等）移动，如脂肪酶在水中催化脂肪水解，而在有机溶剂中则催化酯合成；（4）在有机溶剂中，所有有水参与的副反应（如酸酐水解）将受到抑制；（5）在有机溶剂中酶的热稳定性显著提高，可通过提高温度加速催化反应进行；（6）从非水系统内回收反应产物比水中容易；（7）在非水系统内酶很容易回收和反复使用，不需要进行固定化；（8）在有机溶剂中不易发生微生物污染；（9）更为重要的是，低水环境可用于稳定具有未知催化性质的构象异构体，以及在水中寿命极短的酶反应中间体。
目前，有机溶剂中酶催化的上述优势使得非水酶学研究成为生物化学、有机化学、生物工程等多种学科交叉的研究热点。
迄今发现能在有机溶剂中发挥催化功能的酶有十几种，主要集中于脂肪酶研究，催化的反应类型包括氧化、还原、酯合成和酯交换、脱氧、酞胺化、甲基化、羟化、磷酸化、脱氨、异构化、环氧化、开环聚合、侧链切除、缩合及卤代等。
2 影响酶催化活性的因素一直以来有机相酶催化的研究非常活跃，但到目前为止仍处于实验研究阶段，离工业化应用还有一定的距离，最大的原因就是酶在有机溶剂中活性较低。
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A
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1. 不同的酶具有不同的结构和特性；同一种酶，由于来源和处理
方法不同，其特性也有差异。同时要特别注意酶的稳定性、底
酶的种类和浓度 物专一性、对映体选择性、区域选择性、键选择性等。
2. 一般情况下，酶催化反应速度与酶浓度成正比。但综合成本等
其他因素，酶浓度必须控制在适宜范围。
A
3
1. 根据酶在有机介质中的专一性选择适宜底物
应速度以及较强的立体选择性条件下进行。
A
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1. 由于pH会直接影响酶的催化活性，故pH通常控制在最适pH范围 内。
pH和离子强度 2. 酶在有机介质中的最适PH值通常与在水溶液中催化的最适pH相 同或接近。 3. 可通过调节缓冲液pH的方法调节有机介质中酶催化的pH值。
酶虽有pH印记现象，但在冷冻干燥过程中，pH状态有变化。 如：希令（hilling)发现缓冲液对冷冻干燥过程中pH值和酶活 力有影响，故加入一定量的蔗糖、甘露醇等冷冻干燥保护剂。 4. 在酶液冻干之前或催化过程采取保护措施。 5. 加有机相缓冲液可对有机介质中酶反应的pH调节。
A
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聚 合 物 相 对 分 子 1. 不同的有机溶剂，极性不同，对酶分子的结构及质底物和产物的分 配的影响不同，进而影响酶催化反应速度，甚量至影响酶的底物专
有机溶剂的种类 一性、对映体选择性、区域选择性和键选择性等。故二有氧机六溶环剂含的量/%
极性选择要适当。通常选用2≤lgP≤5的溶剂作为催化反应介质。 2. 水与有机介质混溶的单相反应体系中，有机溶剂含量对酶催化有
底物的种类和浓度 2. 根据底物浓度对酶催化反应速度的影响，在使用时，底物浓度 控制在较高的浓度范围；
考虑底物在有机溶剂和必需水层中的分配情况，要根据底物的 极性，结合有机溶剂的选择，控制好底物浓度；
由于有时产生高浓度底物对酶反应有抑制作用，故要采取适宜 的方法，使底物浓度持续维持在一定的浓度范围内。
使用时，酶催化反应的温度通常控制在最适温度范围内。
温度
2. 微水有机介质中，含水量低，酶的热稳定性增强，其最适温度高于水溶液 中催化
的最适温度，确定其最适温度。
3. 温度升高，酶的立体选择性降低；反之升高。Lam和Keinan的实验结果支 持此结
论；手性分子的拆分。为此，要控制适宜的反应温度，使酶催化反应在较 高的反
有机介质中酶催化反映的影响 因素
A
1
之前我们学习了酶在有机介质催化的多种反应，但其实这些反应在进行时， 酶会受到各种因素的影响，主要有；
1. 酶的种类和浓度 2. 底物的种类和浓度 3. 有机溶剂的种类 4. 水含量和水活度 5. 温度 6. pH 7. 离子强度，等等。 So,为了提高酶的催化效率和选择性，就要加以调控以上各种条件。
影响。 如：与水混溶的二氧六环介质,辣根过氧化酶(HRP)催化对苯基苯 酚的聚合反应,随着二氧六环的含量增加,酶催化得到的聚合物的 分子量也增加,80%时最大。
A
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1-已烷 2-四氯甲烷 3-甲苯
反
应
速 度
123
4
4-苯 1. 当其它的影响因素不变时，体系的水含量或水火活度对酶催化
反应速度（酶活性）有影响，而且只有看
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水含量和水活度 度，酶催化反应速度最大（酶活性最高）。
水含量
2. 最适水含量通常随溶剂极性增大（lgP减小）而增大，而最适水 活性与溶剂的极性无关。故在实际应用时应当控制反应体系的 水活度在最适水和度的范围内。（水活度更能确切地反映水对
酶催化反应速度（酶活性）的影响）
A
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1. 温度升高能加快化学反应速度与过高的温度会引起酶失活两方面综合，故 在实际