有机介质中的酶促反应PPT课件
合集下载
酶促反应动力学PPT课件
第五节
激活剂对酶反应的 影响
1. 激活剂(activator)
• 激活剂：凡是能提高酶活性的物质。其 中大部分是无机离子或简单有机化合物。
• 金属离子有K+、Na+、Ca2+、Mg2+等离 子，如Mg2+是多数激酶及合成酶的激 活剂，
• 无机阴离子如：Cl—、Br—、I—等都可作 为激活剂。如Cl—是唾液淀粉酶的激活剂
五、Km和Vmax值的测定
• (3) Hanes— Woolf作图法
• 将前式两边均 乘以[S]得：以 [s]/ v～[s]作图， 得一直线，横 轴的截距为 -Km，斜率为 1/ Vmax
第二节 酶的抑制作用
抑制与失活之间的关系
• 失活作用(inactivation) :使酶蛋白变性 而引起酶活力丧失的作用 ,变性剂对酶 的变性作用无选择性.
0.058
• Km值氢随酶测定的底物、反应的温度、pH及离子强度
而改变。各种酶的K苯m值甲相酰差酪很氨大酰，胺大多数酶2的.5Km
胰值凝介乳于蛋10白-6~酶10-1mol/甲L之酰间酪。氨酰胺
12.0
乙酰酪氨酰胺
32.0
三、Km值的意义
• 3. Km值可以判断酶的专一性和天然底物 有的酶可作用于几种底物，因此就有几个 Km值，其中Km值最小的底物称为该酶的 最适底物也就是天然底物。
•
i =1-a
• (4) 抑制百分数; i %=(1-a) x 100%
• 通常所谓抑制率是指抑制分数或抑制百分数。
二、抑制作用的类型
v • 根据抑制作用是否可逆:
• 1．不可逆的抑制作用: 抑 制剂与酶的必需基团以共价 键结合而引起酶活力丧失， 不能用透析、超滤等物理方 法除去抑制剂而使酶复活的 作用.
第七章 有机介质中的酶反应.
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 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。
10
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。
36
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
1
Contents of chapter 6
Go Go
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
Go
26
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
27
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。
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。
10
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。
36
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
1
Contents of chapter 6
Go Go
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
Go
26
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
27
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。
酶促反应动力学ppt课件
注：反应分子数和反应级数对简单反应时一致的，但比如水解反应，应为二级，通常可 以当做一级处理。
各级反应的速率特征 一级反应：半衰期与速率常数成反比，与反应物的初浓度无关。 二级反应：半衰期与速率常数和反应物的初浓度成反比。 零级反应：半衰期与速率常数成正比，与反应物的初始浓度成正比。
底物浓度对酶促反应速率的影响
关，而与其浓度无关。一种酶有几种底物就有几个Km值 ，其中Km值最小的底物一般称为该酶的
最适底物或天然底物。
在K2 K-1 时， Km = Ks，此时Km 代表ES的真实解离常，即 Km值表示酶与底物之间的亲 和程度：Km值大表示亲和程度小，酶的催化活性低； Km值小表示亲和程度大，酶的催化活性高。
中间络合物学说
（ Henri的蔗糖酶水解蔗糖试验）
酶促反应： ①当底物浓度低时, 大部分酶没有与底物 结合，即酶未被饱和，这时反应速度取决
于底物浓度，即与底物浓度成正比，表现
为一级反应特征；
②随着底物浓度的增高，ES生成逐渐增
多，这时反应速度取决于【ES】，反应
速度也随之增高，但反应不再成正比例
酶浓度固定，反应速率与底物 浓度的关系
活酶原）。
激活剂对酶的作用具有选择性，有时离子之间可以相互替代，但有些离子之间就具有拮抗作用，
另外，激活剂的浓度也对其效应有影响，一定浓度时起激活作用，超过这个浓度又起抑制作用。
在机体内有许多调节酶活力的方式，其中抑制剂和激活剂的调节属于最快速的方式。
影响机制：1）酸、碱可使酶变性或改变构象失活；2）影响酶活性基团的解离；3）影响底物的
解离，4）影响ES的解离。
注：虽然大部分酶的pH—酶活曲线是钟形，但也有半钟形甚至直线形。
激活剂对酶反应的影响
各级反应的速率特征 一级反应：半衰期与速率常数成反比，与反应物的初浓度无关。 二级反应：半衰期与速率常数和反应物的初浓度成反比。 零级反应：半衰期与速率常数成正比，与反应物的初始浓度成正比。
底物浓度对酶促反应速率的影响
关，而与其浓度无关。一种酶有几种底物就有几个Km值 ，其中Km值最小的底物一般称为该酶的
最适底物或天然底物。
在K2 K-1 时， Km = Ks，此时Km 代表ES的真实解离常，即 Km值表示酶与底物之间的亲 和程度：Km值大表示亲和程度小，酶的催化活性低； Km值小表示亲和程度大，酶的催化活性高。
中间络合物学说
（ Henri的蔗糖酶水解蔗糖试验）
酶促反应： ①当底物浓度低时, 大部分酶没有与底物 结合，即酶未被饱和，这时反应速度取决
于底物浓度，即与底物浓度成正比，表现
为一级反应特征；
②随着底物浓度的增高，ES生成逐渐增
多，这时反应速度取决于【ES】，反应
速度也随之增高，但反应不再成正比例
酶浓度固定，反应速率与底物 浓度的关系
活酶原）。
激活剂对酶的作用具有选择性，有时离子之间可以相互替代，但有些离子之间就具有拮抗作用，
另外，激活剂的浓度也对其效应有影响，一定浓度时起激活作用，超过这个浓度又起抑制作用。
在机体内有许多调节酶活力的方式，其中抑制剂和激活剂的调节属于最快速的方式。
影响机制：1）酸、碱可使酶变性或改变构象失活；2）影响酶活性基团的解离；3）影响底物的
解离，4）影响ES的解离。
注：虽然大部分酶的pH—酶活曲线是钟形，但也有半钟形甚至直线形。
激活剂对酶反应的影响
酶在有机介质中的催化反应
第六章 酶在有机介质中的催化
概念：
酶在含有一定量水的有机溶剂中进行催化
反应的过程。
是目前非水相酶催化溶剂反应体系
1、微水介质（含微量水） 2、水与有机溶剂的互溶体系 3、水与有机溶剂的双液相体系
4、（正）胶束体系
5、反胶束体系
二、水对有机介质中酶催化的影响
1、水与酶的柔性有关
2、结合水又称必需水，对酶的催化活性至关重 要。 3、水活度反映酶活性与水含量的关系，每种酶 的最大催化活力都在相同的最佳水活度下。
三、酶在有机介质中的催化活性
1、底物选择性 2、对映体选择性 3、区域选择性 4、热稳定性好 5、分子印记 6、pH印记
四、有机介质中酶催化反应的类型
1、合成反应（水解反应的逆反应） 2、转移反应（酯与有机酸） 3、醇解反应 4、氨解反应 5、异构反应 6、氧化还原反应 7、裂合反应
五、有机介质中酶催化的应用
1、手性药物的拆分 2、手性高分子聚合物的制备 3、酚树脂的合成 4、导电有机聚合物的合成 5、发光有机聚合物的合成 6、食品添加剂的生产 7、生物柴油的生产
概念：
酶在含有一定量水的有机溶剂中进行催化
反应的过程。
是目前非水相酶催化溶剂反应体系
1、微水介质（含微量水） 2、水与有机溶剂的互溶体系 3、水与有机溶剂的双液相体系
4、（正）胶束体系
5、反胶束体系
二、水对有机介质中酶催化的影响
1、水与酶的柔性有关
2、结合水又称必需水，对酶的催化活性至关重 要。 3、水活度反映酶活性与水含量的关系，每种酶 的最大催化活力都在相同的最佳水活度下。
三、酶在有机介质中的催化活性
1、底物选择性 2、对映体选择性 3、区域选择性 4、热稳定性好 5、分子印记 6、pH印记
四、有机介质中酶催化反应的类型
1、合成反应（水解反应的逆反应） 2、转移反应（酯与有机酸） 3、醇解反应 4、氨解反应 5、异构反应 6、氧化还原反应 7、裂合反应
五、有机介质中酶催化的应用
1、手性药物的拆分 2、手性高分子聚合物的制备 3、酚树脂的合成 4、导电有机聚合物的合成 5、发光有机聚合物的合成 6、食品添加剂的生产 7、生物柴油的生产
第五章 有机溶剂中的酶催化作用
29
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。
7
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。
22
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
36
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
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。
7
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。
22
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
36
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
第七章有机介质中的酶反应
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。
26
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。
22
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。
37
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。
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。
26
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。
22
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。
37
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。
酶促反应的特点与机制PPT课件
第6页/共19页
第二节 酶促反应的特点与机制
1 特点
机制 (1) 特异性
①三点结合
②锁钥学说 ③诱导契合 (2) 高效性
H
H
• “三点结合”的催化理论
• 酶与C底物的结合处至少有三C 个点，
而且只O有H一种情况是完全结合CO的O形H式。
H只3C有
这
种情C况O下OH，不H对3称C
催
OH 化作用才
能实现。
• E + S ==== E-S P + E
• 许多实验事实证明了E－S复合物的存 在。E－S复合物形成的速率与酶和底 物的性质有关。
第10页/共19页
第二节 酶促反应的特点与机制
1 特点
机制
(1) 特异性
(2) 高效性
① 中间物
② 活化能
③ 机制
• 活化能
• 是指一定温度下，使1mol反应物 全部转化为活化分子所需要的能量。
为
6
*1 (2)
0
6
特m点o
l
/
m
o
l
.
S
。
• 用-淀粉①酶高催效性化淀粉水解，1克结晶酶在65C条件下可催化2吨淀粉水解。
② 特异性
③条件温和
④ 可调节
⑤变性失活
机制
第2页/共19页
第二节 酶促反应的特点与机制
1 特点
(1) 共性
(2) 特点
① 高效性
② 特异性
③条件温和 ④ 可调节 ⑤变性失活
(2) 高效性
成为能与靠底近物分子密酶切复结原合－的催构化象定剂。
诱导 电性吸
契合 向
互补性/共19页
能否契合— 专一性的酶由来
有机相中的酶反应
3、油包水系反向胶团体系
• 油包水系反向胶团体系能够使酶维持在一 个类似于细胞的环境之中，有利于酶活性 的表达。
• 油包水系反向胶团体系属于乳剂体系。
（1）基本原理 （2）乳基的二种类型
（1）基本原理
• 油相与水相在乳化剂的作用下，可形成半固体状 的乳基。
常用的油相有----硬脂酸、蜂蜡、液体石蜡高级脂 肪醇。
• 所用的有机溶剂是：苯、正已烷、环已烷。
• 有机相中酶反应的要求：要根据酶的性质、底物 和产物的溶解度、反应器的类型，来选择有机溶 液剂的体系和种类。
性扩大。 7、有机溶剂中无微生物污染。
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
必需水的概念：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
（二）酶反应有机相的构建
1、水-可溶性有机溶剂均一体系 2、水-不溶性有机溶剂两相体系 3、油包水系反向胶团体系 4、有机溶剂单向体系
有机相中的酶反应
• 通常情况下பைடு நூலகம்作为蛋白质的酶反应只能在水溶 液中进行。20世纪80年代开始，有学者开始试 验在非水介质中进行酶催化反应，即进行有机 溶液相中的酶反应。
• 有机相中的酶反应----酶在具有有机溶剂存在 的介质中所进行的催化反应，称为有机相中的 酶反应。
（一）有机相中的酶反应的优点
1、可用来进行疏水性底物的酶促反应。 2、有利于酶种反应平衡向反应产物方向移动。 3、可抑制水溶性物质带来的副反应，如产物的水解。 4、由于酶不溶于有机溶液剂中，有利于酶的回收。 5、容易从有机溶液剂中分离出纯化产物。 6、在有机溶剂中，酶的热稳定性提高。PH的适应