酶的非水相催化
合集下载
酶的非水相催化 (2)
Contents of chapter 10
10.1 非水介质酶学基础
10.1.1 非水介质体系与非水相生物酶学特点 10.1.2 非水介质中酶的结构与性质 10.1.3 水在酶催化反应中的作用 10.1.4 有机溶剂对酶催化反应的影响 10.1.5 有机有机溶剂单向体系是指用水不互溶的有机溶剂取代 几乎所有的水，即有机溶剂含量》98% ，有机溶剂 中含有微量水《2%，固相酶分散在单项的有机溶剂 中形成颗粒。虽然宏观地看在此体系中酶是干的状 态，但是其表面必须有能保证酶的催化活性的残余 的结合水。
（2）水互溶有机溶剂单相体系
水互溶有机溶剂单相体系是指由水和与水互溶的
种固体化合物混合而得到的具有一个最低共熔点的
状态，在低共熔固 - 固体系中进行的酶促反应的特 点是靠反应底物形成低共熔点，由于反应体系的液
- 固体积比远小于水溶液或有机溶剂，从而反应底
物浓度高、反应速度快、产物浓度和收率高。反应
体积小，还可以大大降低产物分离提纯的成本。
非水相生物酶促反应的特点
1. 可以将加水分解反应转为其逆反应 2. 热稳定性比水中要高 3. 改变酶对底物的转移性 4. 从低沸点的溶剂中可以容易地分离纯化产物 5. 能抑制依赖于水的某些不利反应 6. 没有微生物的污染
氟利昂湖泊无机化合物等都可以作为酶催化亲脂性
底物的溶剂，酶在这些溶剂中就像在亲脂性有机溶 剂中一样稳定。超临界气体对多数酶都能适用，酶 催化的酯化、转脂、醇解、水解、羟化等反应都可 在此体系中进行。
（6）低共熔混合体系
低共熔酶促反应是继有机相没促反应基础上发展起
来的新的酶促反应技术。低共熔状态是由两种或多
人们对有机介质中酶的催化作用进行了许多研究表明 酯酶、脂肪酶、蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶等水解酶， 过氧化氢酶、过氧化物酶、醇脱氢酶、胆固醇氧化酶、 多酚氧化酶、细胞色素氧化酶等氧化还原酶以及醛缩 酶等转移酶中的十几种酶都可以在适当的有机溶剂中 起催化作用。而且酶在有机介质中的热稳定比在水溶 液中显著提高。
第七讲 酶的非水相催化
?用酶催化转酯反应拆分外消旋体得高光学纯度对应体?在酶促反应体系中添加?糊精可提高对映体的纯度?枯草溶菌素有效催化合成氨基酸及肽的转酯等?杨波等提出了有机溶剂中在脂肪酶的催化作用下含手性中心碳原子的胺类化合物酰胺化的异构选择性规则?李志远等用胰脂酶在有机介质中催化反应得到高光学纯度的2氨基丙醇r和s对映体?宗敏华等探讨了超声辐射对有机相中脂肪酶催化有机硅醇与脂肪酸反应的促进作用?刘平等研究了有机溶剂中酶催化合成五肽前体的反应22气相介质中的酶催化?酶在气相介质中进行的催化反应
酶的非水相催化
7.1、酶催化反应的介质 7.2、有机介质反应体系 7.3、有机介质反应体系影响因素 7.4、酶在有机介质中的催化特性
7.5、有机介质中酶催化反应的条件及其控制
7.6、酶非水相催化的应用
7.1 酶催化反应的介质
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。
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。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。 如果采用固定化酶，则以悬浮形式存在于两相的界 面，催化反应通常在两相的界面进行。 一般适用于底物或者产物两者或其中一种属于疏水 性化合物的催化反应。
第七讲 酶的非水相催化
ห้องสมุดไป่ตู้学目标：
了解非水相中酶催化研究概况和反胶束体系的酶学研究情况 理解酶在有机介质中催化的反应的具体应用 掌握酶在有机介质中的催化特性
教学重点：
酶非水相中酶催化的影响因素、催化特性以及应用
教学难点：
有机介质中水和有机溶剂对酶催化反应的影响
酶的非水相催化
7.1、酶催化反应的介质 7.2、有机介质反应体系 7.3、有机介质反应体系影响因素 7.4、酶在有机介质中的催化特性
7.5、有机介质中酶催化反应的条件及其控制
7.6、酶非水相催化的应用
7.1 酶催化反应的介质
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。
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。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。 如果采用固定化酶，则以悬浮形式存在于两相的界 面，催化反应通常在两相的界面进行。 一般适用于底物或者产物两者或其中一种属于疏水 性化合物的催化反应。
第七讲 酶的非水相催化
ห้องสมุดไป่ตู้学目标：
了解非水相中酶催化研究概况和反胶束体系的酶学研究情况 理解酶在有机介质中催化的反应的具体应用 掌握酶在有机介质中的催化特性
教学重点：
酶非水相中酶催化的影响因素、催化特性以及应用
教学难点：
有机介质中水和有机溶剂对酶催化反应的影响
酶非水相催化的名词解释
酶非水相催化的名词解释酶非水相催化是一种特殊的生物化学反应过程，其特点是在无水环境中，通过酶作用催化生物分子的转化。
在酶非水相催化中，不同于传统的酶催化过程，水分子并不直接参与反应，而是由其他非水相溶剂来替代。
这种非水相催化的特性赋予了酶非常高的催化活性和选择性。
酶非水相催化的概念源于生物体内一些特殊的蛋白质，即金属蛋白和脱水酶。
这些蛋白质具有能够在缺水环境下活跃的特性。
在生物体内，金属离子可以起到酶的活性中心的作用，而脱水酶则可以在非常干燥的环境下，通过形成氢键网络来稳定酶的结构，并促进催化反应的进行。
酶非水相催化的研究对于认识生物体内酶催化反应的本质以及开发新型催化剂具有重要的意义。
通过研究酶非水相催化过程，科学家们可以揭示酶活性中心的结构和功能，以及介观生物学的规律。
此外，酶非水相催化还可以为合成有机化合物提供新思路和新方法，通过模拟生物体内的催化反应，可以设计和合成出高效、高选择性的催化剂。
在研究酶非水相催化的过程中，科学家们不仅仅关注酶本身，还对非水相溶剂的选择和影响进行了深入研究。
非水相溶剂可以影响酶非水相催化的活性和选择性，不同的溶剂性质会对酶的构象和催化效果产生直接的影响。
同时，科学家们还研究了不同非水相催化体系之间的相互作用，以及非水相溶剂的理论模拟和定量描述。
酶非水相催化的应用范围非常广泛。
在传统的酶催化反应中，水分子的存在常常会引起反应的副反应，限制了反应的效率和产率。
而在非水相催化反应中，由于水分子的排除，反应体系更为干燥，酶的活性得到了有效提升。
酶非水相催化可以应用于生物医学、制药、有机合成等领域，用于合成生物活性物质、开发新药物和催化有机反应等。
总结起来，酶非水相催化是一种在无水环境中利用酶催化生物分子转化的特殊过程。
通过研究酶非水相催化，我们可以认识酶的活性中心结构和功能，揭示生物催化的规律，为合成有机化合物提供新的思路和方法。
此外，酶非水相催化还有广泛的应用前景，可以应用于医学、制药和有机合成等领域。
第五章 酶的非水相催化 to 学生
第五章 非水相生物催化
1
酶的非水相催化体系
有机介质中的酶催化： 1、微水有机介质体系、 2、与水溶性有机溶剂组成的均一体系、 3、胶束和反胶束体系； 气相介质中的酶催化体系 超临界流体介质中的酶催化体系 离子液介质中的酶催化体系
2
有机介质中的酶催化
1、微水有机介质：由有机溶剂和微量的水 组成的反应体系。微量的水主要是酶分子的 结合水，它对维持酶分子的空间构象和催化 活性至关重要。另外一部分水分布在有机溶 剂中。 2、与水溶性有机溶剂组成的均一体系：由 水和极性较大的有机溶剂互溶组成的反应体 系，水和溶剂含量均较大，酶和底物以溶解 状态存在于均一体系。
31
水活度的定义：系统中水的逸度与纯水逸度 之比（水的逸度在理想条件下用水的蒸汽压 代替） aw可以用体系中水的蒸汽压与同样条件下 纯水的蒸汽压之比来表示 公式：aw=γw . xw=P/P0 xw :水的摩尔比； γw ：活度系数
32
水活度对酶活的影响
一般情况下，最适水含量随着溶剂极性的增加而增加。 同一种酶在不同有机溶剂中需水量不同，溶剂疏水性 越强，需水量越少。 水活度有助于预测和研究相中酶活力与水的作用： 不控制水活度时，最佳水含量会随着溶剂的极性增加 而增加 而溶剂的极性有己烷变成苯或戊醇时，最佳水活度几 乎不变0.55。 说明：最佳水活度与溶剂的极性几乎无关。
11
1.非水相介质中酶的热力学稳定性
试验证明：有机溶剂中酶的热稳定性和储存稳定性都 比水溶液中高。 例如：猪胰脂肪酶(PPL)在苯中催化脂交换反应。有 机相中100C半衰期10h以上，而在水相中100C马 上失活。 原因：有机溶剂中缺少使酶失活的水分子，而水会引 起酶分子中一些氨基酸的脱氨基、水解、二硫健的破 坏、半胱氨酸的氧化、AA异构化等蛋白质热失活使 得热不稳定。
1
酶的非水相催化体系
有机介质中的酶催化： 1、微水有机介质体系、 2、与水溶性有机溶剂组成的均一体系、 3、胶束和反胶束体系； 气相介质中的酶催化体系 超临界流体介质中的酶催化体系 离子液介质中的酶催化体系
2
有机介质中的酶催化
1、微水有机介质：由有机溶剂和微量的水 组成的反应体系。微量的水主要是酶分子的 结合水，它对维持酶分子的空间构象和催化 活性至关重要。另外一部分水分布在有机溶 剂中。 2、与水溶性有机溶剂组成的均一体系：由 水和极性较大的有机溶剂互溶组成的反应体 系，水和溶剂含量均较大，酶和底物以溶解 状态存在于均一体系。
31
水活度的定义：系统中水的逸度与纯水逸度 之比（水的逸度在理想条件下用水的蒸汽压 代替） aw可以用体系中水的蒸汽压与同样条件下 纯水的蒸汽压之比来表示 公式：aw=γw . xw=P/P0 xw :水的摩尔比； γw ：活度系数
32
水活度对酶活的影响
一般情况下，最适水含量随着溶剂极性的增加而增加。 同一种酶在不同有机溶剂中需水量不同，溶剂疏水性 越强，需水量越少。 水活度有助于预测和研究相中酶活力与水的作用： 不控制水活度时，最佳水含量会随着溶剂的极性增加 而增加 而溶剂的极性有己烷变成苯或戊醇时，最佳水活度几 乎不变0.55。 说明：最佳水活度与溶剂的极性几乎无关。
11
1.非水相介质中酶的热力学稳定性
试验证明：有机溶剂中酶的热稳定性和储存稳定性都 比水溶液中高。 例如：猪胰脂肪酶(PPL)在苯中催化脂交换反应。有 机相中100C半衰期10h以上，而在水相中100C马 上失活。 原因：有机溶剂中缺少使酶失活的水分子，而水会引 起酶分子中一些氨基酸的脱氨基、水解、二硫健的破 坏、半胱氨酸的氧化、AA异构化等蛋白质热失活使 得热不稳定。
第七章_酶的非水相催化
第七章 酶的非水相催化
Enzymatic catalysis in Non-aqueous system
拒接翻版
Go Go Go Go Go
1、酶非水相催化的主要内容 2、有机介质中水和有机溶剂对催化反应的 影响 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
非水酶学的研究主要内容
第一，非水酶学基本理论的研究，影响酶催 化的主要因素以及非水介质中酶学性质； 第二，阐明非水介质中酶的催化机制，建立 和完善非水酶学的基本理论； 第三：应用
一、非水介质中酶的结构与性质
(一) 非水介质中酶的状态 存在状态有多种形．主要分为两大类 第一类为固态酶 它包括冷冻干燥的酶粉或固定化酶，它们以固 固态酶， 固态酶
(二)非水介质中的酶学性质
有机溶剂的存在，改变了疏水相互作用的精 细平衡，从而影响到酶的结合部位，有机溶 剂也会改变底物存在状态。因此酶和底物相 结合的自由能就会受到影响，而这些至少会 部分地影响到有机溶剂中酶的底物特异性、 立体选择性、区域选择性和化学键选择性等 酶学性质。
第二节:水对非水相介质中酶催化的影 响
第一节： 第一节：酶催化水相的主要内容
酶在非水介质中，酶存在状态与酶结构发生改变。 用于酶催化的非水介质包括 非水介质包括
有机溶剂体系
• • • • ①含微量水的有机溶剂单相体系； ②与水混溶的有机溶剂和水形成的单相体系； ③水与有机溶剂形成的两相或多相体系： ④胶束与反胶束体系；
超临界流体 气相 低共熔混合体系 又称为非常规介质。
体形式存在有机溶剂中。还有利用结晶酶进行非水介质中催化反应和酶 结构的研究，结晶酶的结构更接近于水溶液中酶的结构，它的催化效率 也远高于其他类型的固态酶。
Enzymatic catalysis in Non-aqueous system
拒接翻版
Go Go Go Go Go
1、酶非水相催化的主要内容 2、有机介质中水和有机溶剂对催化反应的 影响 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
非水酶学的研究主要内容
第一，非水酶学基本理论的研究，影响酶催 化的主要因素以及非水介质中酶学性质； 第二，阐明非水介质中酶的催化机制，建立 和完善非水酶学的基本理论； 第三：应用
一、非水介质中酶的结构与性质
(一) 非水介质中酶的状态 存在状态有多种形．主要分为两大类 第一类为固态酶 它包括冷冻干燥的酶粉或固定化酶，它们以固 固态酶， 固态酶
(二)非水介质中的酶学性质
有机溶剂的存在，改变了疏水相互作用的精 细平衡，从而影响到酶的结合部位，有机溶 剂也会改变底物存在状态。因此酶和底物相 结合的自由能就会受到影响，而这些至少会 部分地影响到有机溶剂中酶的底物特异性、 立体选择性、区域选择性和化学键选择性等 酶学性质。
第二节:水对非水相介质中酶催化的影 响
第一节： 第一节：酶催化水相的主要内容
酶在非水介质中，酶存在状态与酶结构发生改变。 用于酶催化的非水介质包括 非水介质包括
有机溶剂体系
• • • • ①含微量水的有机溶剂单相体系； ②与水混溶的有机溶剂和水形成的单相体系； ③水与有机溶剂形成的两相或多相体系： ④胶束与反胶束体系；
超临界流体 气相 低共熔混合体系 又称为非常规介质。
体形式存在有机溶剂中。还有利用结晶酶进行非水介质中催化反应和酶 结构的研究，结晶酶的结构更接近于水溶液中酶的结构，它的催化效率 也远高于其他类型的固态酶。
酶工程-07-酶非水相催化2
（2）具有良好的化学稳定性，对设备没有腐蚀性。
（3）超临界温度不能太高或太低，最好在室温附近或 在酶催化的最适温度附近。 （4）超临界压力不能太高，可节约压缩动力费用。
（5）容易获得，价格要便宜。
4
第七章 酶非水相催化
第一节 酶非水相催化的主要内容和特 点
二 、
根据所用非水介质的不同，分为四种：
酶
非
水 相 催 化 的 主 要 内 容
中（ 的四 酶） 催离 化子
液 介 质
概念：是指酶在离子液介质中进行 的催化作用。
5
第七章 酶非水相催化
第一节 酶非水相催化的主要内容和特 点
三
1、酶的热稳定性提高。
、
2、酶的催化活性有所降低。
酶
非
3、水解酶可以在非水介质中催化水解反应的逆反应。
水
相
4、非极性底物或者产物的溶解度增加。
酶催
催化 化反 反应 应都 的要 体在 系一 主定 要的 有反
非
水 有机介质反应体系
介 质 反
（研究最多，应用 最广泛）
应
体 超临界流体介质反
系 应体系
与水溶性有机溶剂组 成的均一体系
与水溶性有机溶剂组成 的两相或多相体系
（正）胶束体系
：
应 体
离子液介质反应体系
反胶束体系
7
第七章 酶非水相催化
第二节 有机介质中水和有机溶剂对酶催化反应的影响 （一）微水介质体系
KLD L
D
Km Kcat
立体选择系数 L-型异构体 D-型异构体 米氏常数 酶的转换数
酶在有机介质与在水溶液中催化比较,
影
由于介质的特性发生改变,使酶的对映体选
非水相中酶催化技术
酶催化技术：利用酶的催化作用，提高生物燃料生产效 率
非水相：在非水相环境中进行酶催化反应，提高反应速 率和选择性
应用前景：非水相中酶催化技术在生物燃料生产中具有 广阔的应用前景，有助于实现绿色、可持续的能源生产。
非水相中酶催化技术在环境保护中的应用
生物降解：利用酶催 化技术降解有机污染 物，减少环境污染
3
4
酶的生物合成：通过生物合成技术， 将酶的基因引入微生物中，实现酶
的工业化生产。
酶的生物催化反应：利用酶的生物 催化特性，实现化学反应的绿色化
和高效化。
谢谢
酶催化反应具有高度专一性，即一种酶只能催化 一种或一类底物。
酶催化反应具有高效性，即酶催化反应的速度比 非酶催化反应快得多。
非水相中酶催化反应的条件
01
非水相介质：如有机
溶剂、离子液体等
02
酶的稳定性：在非水
相中保持活性和稳定
性
03
底物浓度：底物浓度
对反应速率有影响
04
温度和pH值：反应温
度和pH值对反应速率
和产物选择性有影响
非水相中酶催化反应的影响因素
01
酶的性质：酶的活性、 稳定性和选择性
02
底物浓度：底物浓度 对酶催化反应的影响
03
反应条件：温度、pH 值、离子强度等对酶催 化反应的影响
04
非水相溶剂：溶剂的性 质、极性、粘度等对酶 催化反应的影响
非水相中酶催化 技术的应用
非水相中酶催化技术在生物制药中的应用
机遇：非水相
3 中酶催化技术 在生物医药领 域的应用
机遇：非水相
4 中酶催化技术 在环境保护领 域的应用
非水相中酶催化技术的未来发展方向
非水相：在非水相环境中进行酶催化反应，提高反应速 率和选择性
应用前景：非水相中酶催化技术在生物燃料生产中具有 广阔的应用前景，有助于实现绿色、可持续的能源生产。
非水相中酶催化技术在环境保护中的应用
生物降解：利用酶催 化技术降解有机污染 物，减少环境污染
3
4
酶的生物合成：通过生物合成技术， 将酶的基因引入微生物中，实现酶
的工业化生产。
酶的生物催化反应：利用酶的生物 催化特性，实现化学反应的绿色化
和高效化。
谢谢
酶催化反应具有高度专一性，即一种酶只能催化 一种或一类底物。
酶催化反应具有高效性，即酶催化反应的速度比 非酶催化反应快得多。
非水相中酶催化反应的条件
01
非水相介质：如有机
溶剂、离子液体等
02
酶的稳定性：在非水
相中保持活性和稳定
性
03
底物浓度：底物浓度
对反应速率有影响
04
温度和pH值：反应温
度和pH值对反应速率
和产物选择性有影响
非水相中酶催化反应的影响因素
01
酶的性质：酶的活性、 稳定性和选择性
02
底物浓度：底物浓度 对酶催化反应的影响
03
反应条件：温度、pH 值、离子强度等对酶催 化反应的影响
04
非水相溶剂：溶剂的性 质、极性、粘度等对酶 催化反应的影响
非水相中酶催化 技术的应用
非水相中酶催化技术在生物制药中的应用
机遇：非水相
3 中酶催化技术 在生物医药领 域的应用
机遇：非水相
4 中酶催化技术 在环境保护领 域的应用
非水相中酶催化技术的未来发展方向
第七章 非水相酶催化
1、低水体系
1）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。这种反应体系主要适用于在单一水溶液中溶解 度很低、反应速度也很慢的亲脂性底物的生物转化。
2）非极性有机溶剂-水两相体系
由含有溶解酶的水相和一个非极性的有机溶剂相所组成的两相体 系。反应一般发生在水相或者是两相的界面上。
适宜的温度下进行反应。
第一节 非水酶学概述
Enzyme Engineering
有机介质酶反应的应用现状
Enzyme Engineering 第二节 有机介质中的酶促反应
一、酶促反应的有机介质体系
低水体系(A)
高水分含量体系
A
B
(B、C、D)
C
D
Enzyme Engineering 第二节 有机介质中的酶促反应
渗透蒸发法调控水分的原理源自Enzyme Engineering 第二节 有机介质中的酶促反应
（二）有机溶剂对有机介质中酶催化反应的影响
1.有机溶剂对酶活性的影响
有机溶剂直接与酶分子周围的水相互作用，造成酶分子必需水的 变化和重新分配，从而影响酶的构象和活性。
溶剂的极性越强，对酶活性影响越大。溶剂的疏水性越强，酶在 该介质中的反应活性愈高。
Enzyme Engineering 第二节 有机介质中的酶促反应
100
酶
活 50
力
CLECs（辛烷） 冻干酶（辛烷）
CLECs（乙腈） 冻干酶（乙腈）
0
1
2
3
4
5
6
时间（天）
枯草杆菌蛋白交联酶晶体与冻干酶在己烷和乙腈中的稳定性
Enzyme Engineering 第二节 有机介质中的酶促反应
1）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。这种反应体系主要适用于在单一水溶液中溶解 度很低、反应速度也很慢的亲脂性底物的生物转化。
2）非极性有机溶剂-水两相体系
由含有溶解酶的水相和一个非极性的有机溶剂相所组成的两相体 系。反应一般发生在水相或者是两相的界面上。
适宜的温度下进行反应。
第一节 非水酶学概述
Enzyme Engineering
有机介质酶反应的应用现状
Enzyme Engineering 第二节 有机介质中的酶促反应
一、酶促反应的有机介质体系
低水体系(A)
高水分含量体系
A
B
(B、C、D)
C
D
Enzyme Engineering 第二节 有机介质中的酶促反应
渗透蒸发法调控水分的原理源自Enzyme Engineering 第二节 有机介质中的酶促反应
（二）有机溶剂对有机介质中酶催化反应的影响
1.有机溶剂对酶活性的影响
有机溶剂直接与酶分子周围的水相互作用，造成酶分子必需水的 变化和重新分配，从而影响酶的构象和活性。
溶剂的极性越强，对酶活性影响越大。溶剂的疏水性越强，酶在 该介质中的反应活性愈高。
Enzyme Engineering 第二节 有机介质中的酶促反应
100
酶
活 50
力
CLECs（辛烷） 冻干酶（辛烷）
CLECs（乙腈） 冻干酶（乙腈）
0
1
2
3
4
5
6
时间（天）
枯草杆菌蛋白交联酶晶体与冻干酶在己烷和乙腈中的稳定性
Enzyme Engineering 第二节 有机介质中的酶促反应
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
精品课件
酶的非水相催化
类型
有机介质
气相介质
离子介质 超临界介质
精品课件
一、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。 特点：
1）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。
2）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。
Klibanov A M. Enzyme memory-what is remembered and why? [J]. Nature, 1995, 374: 596-600.
精品课件
精品课件
一、酶非水相催化的几种类型
2、气相介质中的酶催化 定义：气相介质中的酶催化是指酶在气相介
质中进行的催化反应。 特点：
空间构象和催化活性至关重要。另外有一部分水分配在 有机溶剂中。 ◆通常所说的有机介质反应体系主要是指微水介质体系。
精品课件
二、酶非水相催化的几种体系
（一）、有机介质反应体系
(2)与水溶性有机溶剂组成的均一体系： ◆这种均一体系是由水和极性较大的有机溶剂互相混溶
组成的反应体系。 ◆酶和底物都是以溶解状态存在于均一体系中。由于极
Chapter 6 Enzymatic catalysis in Nonaqueous system
酶的非水相催化
制作：崔建东 cjd007cn@
精品课件
Contents of chapter 6
Go 1、酶催化反应的介质 Go 2、有机介质反应体系 Go 3、酶在有机介质中的催化特性 Go 4、有机介质中酶催化反应的条件及其控制 Go 5、酶非水相催化的应用
精品课件
二、酶非水相催化的几种体系
（一）、有机介质反应体系
有机介质 反应体系微水介质 Nhomakorabea水与有机溶剂 的均一体系
水与不溶有机 溶剂的
非均一体系
正胶束体系
反胶束体系
精品课件
二、酶非水相催化的几种体系
（一）、有机介质反应体系
(1)微水介质体系: ◆微水介质体系是由有机溶剂和微量的水组成的反应体
系，是在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，它对维持酶分子的
精品课件
精品课件
一、酶非水相催化的几种类型
4、离子液介质中的酶催化：
常见的阳离子有季铵盐离子、咪唑盐离子和吡咯盐 离子等（如下图所示），阴离子有卤素离子、四氟 硼酸根离子、六氟磷酸根离子等.
特点: 不挥发、不可燃、导电性强、黏度低、热容大、蒸
汽压小、性质稳定，对许多无机盐和有机物有良好 的溶解性，在电化学、有机合成、催化、分离等领 域被广泛的应用。
精品课件
酶非水相催化的几种类型
4、离子液介质中的酶催化： 离子液介质中的酶催化是指酶在离子液中进
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。
性大的有机溶剂对一般酶的催化活性影响较大，所以能 在该反应体系的进行催化反应的酶较少。
精品课件
二、酶非水相催化的几种体系
（一）、有机介质反应体系 (3)与水不溶性有机溶剂组成的两相或多相体系： ◆这种体系是由水和疏水性较强的有机溶剂组成的两相
1）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。
2）由于气体介质的密度低，扩散容易，所以酶在气相 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。
精品课件
一、酶非水相催化的几种类型
3、超临界流体介质中的酶催化 定义：超临界介质中的酶催化是指酶在超临界流体
中进行的催化反应。 条件要求：
酶的非水相催化
酶的非水相催化 酶在非水介质中进行的催化作用称为酶的非
水相催化。 在非水相中，酶分子受到非水相介质的影响，
其催化特性与在水相中催化有着较大的不同。
精品课件
酶的非水相催化
非水相酶催化的特性
（1）增加非极性基质的溶解度； （2）使某些原本在水相不能进行的反应顺利进行，如
肽的合成、酯的合成等； （3）可减少在水相容易发生的副反应，如酸酐的水解、
精品课件
1 酶催化反应的介质
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，美国MIT的克利巴诺夫（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。精品课件
卤化物的水解等； （4）容易分离回收； （5）无微生物污染；
精品课件
酶的非水相催化
非水相酶催化的相关问题
★在完全无水的情况下，酶是无活性的，极少量的水 就会激发酶的活性；但含水量低于最适水量时，酶会 失去催化活性。
★有机溶剂可能直接与酶分子水合层中的必须水发生 反应，影响酶的结构和功能，尤其是极性较强的溶剂， 它可以溶解大量的水，将酶分子水合层中的必须水剥 离掉，导致酶失活，相对来讲，疏水性溶剂对水的溶 解能力较低，故对酶活和结构影响较小。
1）用于酶催化反应的超临界流体应当对酶的结构没有 破坏作用，对催化作用没有明显的不良影响；
2）具有良好的化学稳定性，对设备没有腐蚀性； 3）超临界温度不能太高或太低，最好在室温附近或在
酶催化的最适温度附近； 4）超临界压力不能太高，可节约压缩动力费用； 5）超临界流体要容易获得，价格要便宜等。
精品课件
一、酶非水相催化的几种类型
1、有机介质中的酶催化
克利巴诺夫（Klibanov）研究表明：酶在一定浓度的有 机溶剂中具有一定的“分子记忆”效应，这种记忆是因 为酶存在配体而产生的，当配体被移走后，由于大量有 机溶剂存在状态下酶构象的高度刚性， 使得这种与配 体具有高亲和性的构象得以保持，而过量水的介入会加 速这种记忆丧失。
酶的非水相催化
类型
有机介质
气相介质
离子介质 超临界介质
精品课件
一、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。 特点：
1）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。
2）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。
Klibanov A M. Enzyme memory-what is remembered and why? [J]. Nature, 1995, 374: 596-600.
精品课件
精品课件
一、酶非水相催化的几种类型
2、气相介质中的酶催化 定义：气相介质中的酶催化是指酶在气相介
质中进行的催化反应。 特点：
空间构象和催化活性至关重要。另外有一部分水分配在 有机溶剂中。 ◆通常所说的有机介质反应体系主要是指微水介质体系。
精品课件
二、酶非水相催化的几种体系
（一）、有机介质反应体系
(2)与水溶性有机溶剂组成的均一体系： ◆这种均一体系是由水和极性较大的有机溶剂互相混溶
组成的反应体系。 ◆酶和底物都是以溶解状态存在于均一体系中。由于极
Chapter 6 Enzymatic catalysis in Nonaqueous system
酶的非水相催化
制作：崔建东 cjd007cn@
精品课件
Contents of chapter 6
Go 1、酶催化反应的介质 Go 2、有机介质反应体系 Go 3、酶在有机介质中的催化特性 Go 4、有机介质中酶催化反应的条件及其控制 Go 5、酶非水相催化的应用
精品课件
二、酶非水相催化的几种体系
（一）、有机介质反应体系
有机介质 反应体系微水介质 Nhomakorabea水与有机溶剂 的均一体系
水与不溶有机 溶剂的
非均一体系
正胶束体系
反胶束体系
精品课件
二、酶非水相催化的几种体系
（一）、有机介质反应体系
(1)微水介质体系: ◆微水介质体系是由有机溶剂和微量的水组成的反应体
系，是在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，它对维持酶分子的
精品课件
精品课件
一、酶非水相催化的几种类型
4、离子液介质中的酶催化：
常见的阳离子有季铵盐离子、咪唑盐离子和吡咯盐 离子等（如下图所示），阴离子有卤素离子、四氟 硼酸根离子、六氟磷酸根离子等.
特点: 不挥发、不可燃、导电性强、黏度低、热容大、蒸
汽压小、性质稳定，对许多无机盐和有机物有良好 的溶解性，在电化学、有机合成、催化、分离等领 域被广泛的应用。
精品课件
酶非水相催化的几种类型
4、离子液介质中的酶催化： 离子液介质中的酶催化是指酶在离子液中进
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。
性大的有机溶剂对一般酶的催化活性影响较大，所以能 在该反应体系的进行催化反应的酶较少。
精品课件
二、酶非水相催化的几种体系
（一）、有机介质反应体系 (3)与水不溶性有机溶剂组成的两相或多相体系： ◆这种体系是由水和疏水性较强的有机溶剂组成的两相
1）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。
2）由于气体介质的密度低，扩散容易，所以酶在气相 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。
精品课件
一、酶非水相催化的几种类型
3、超临界流体介质中的酶催化 定义：超临界介质中的酶催化是指酶在超临界流体
中进行的催化反应。 条件要求：
酶的非水相催化
酶的非水相催化 酶在非水介质中进行的催化作用称为酶的非
水相催化。 在非水相中，酶分子受到非水相介质的影响，
其催化特性与在水相中催化有着较大的不同。
精品课件
酶的非水相催化
非水相酶催化的特性
（1）增加非极性基质的溶解度； （2）使某些原本在水相不能进行的反应顺利进行，如
肽的合成、酯的合成等； （3）可减少在水相容易发生的副反应，如酸酐的水解、
精品课件
1 酶催化反应的介质
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，美国MIT的克利巴诺夫（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。精品课件
卤化物的水解等； （4）容易分离回收； （5）无微生物污染；
精品课件
酶的非水相催化
非水相酶催化的相关问题
★在完全无水的情况下，酶是无活性的，极少量的水 就会激发酶的活性；但含水量低于最适水量时，酶会 失去催化活性。
★有机溶剂可能直接与酶分子水合层中的必须水发生 反应，影响酶的结构和功能，尤其是极性较强的溶剂， 它可以溶解大量的水，将酶分子水合层中的必须水剥 离掉，导致酶失活，相对来讲，疏水性溶剂对水的溶 解能力较低，故对酶活和结构影响较小。
1）用于酶催化反应的超临界流体应当对酶的结构没有 破坏作用，对催化作用没有明显的不良影响；
2）具有良好的化学稳定性，对设备没有腐蚀性； 3）超临界温度不能太高或太低，最好在室温附近或在
酶催化的最适温度附近； 4）超临界压力不能太高，可节约压缩动力费用； 5）超临界流体要容易获得，价格要便宜等。
精品课件
一、酶非水相催化的几种类型
1、有机介质中的酶催化
克利巴诺夫（Klibanov）研究表明：酶在一定浓度的有 机溶剂中具有一定的“分子记忆”效应，这种记忆是因 为酶存在配体而产生的，当配体被移走后，由于大量有 机溶剂存在状态下酶构象的高度刚性， 使得这种与配 体具有高亲和性的构象得以保持，而过量水的介入会加 速这种记忆丧失。