有机介质中酶催化反映的影响因素 PPT
酶的种类与浓度
1、 不同的酶具有不同的结构与特性;同一种酶,由于来源与处理 方法不同,其特性也有差异。同时要特不注意酶的稳定性、底 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 其她因素,酶浓度必须控制在适宜范围。
底物的种类与浓度
1、 依照酶在有机介质中的专一性选择适宜底物
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。
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2、 依照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与必需水层中的分配情况,要依照底物的 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。
量聚
有机溶剂的种类合物相 对 分
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与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 应速度以及较强的立体选择性条件下进行。
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。
1-已烷 2-四氯甲烷 3-甲苯 Nhomakorabea反
应
水含量与水活度
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,而且只有达到最适水含量或水活
pH与离子强度
1、 由于pH会直截了当影响酶的催化活性,故pH通常控制在最适pH范围 内。
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值与酶活 力有影响,故加入一定量的蔗糖、甘露醇等冷冻干燥保护剂。
1、 不同的有机溶剂,极性不同,对酶分子的结构子质 及底物与产物的分 配的影响不同,进而影响酶催化反应速度,甚至影响二酶氧的六环底含物量/专% 一性、对映体选择性、区域选择性与键选择性等。故有机溶剂的
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
水含量
度,酶催化反应速度最大(酶活性最高)。
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 水活度在最适水与度的范围内。(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)
温度
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 使用时,酶催化反应的温度通常控制在最适温度范围内。
有机介质中酶催化反映的影响因素
之前我们学习了酶在有机介质催化的多种反应,但事实上这些反应 在进行时,酶会受到各种因素的影响,主要有; 1. 酶的种类与浓度 2. 底物的种类与浓度 3. 有机溶剂的种类 4. 水含量与水活度 5. 温度 6. pH 7. 离子强度,等等。 So,为了提高酶的催化效率与选择性,就要加以调控以上各种条件。
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
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
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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。
2-5酶促反应特点
图底物浓度对反应速度的影响2-5酶促反应特点酶促反应动力学研究各种因素对酶反应速度的影响。
主要因素有：作用物浓度，酶浓度，pH ，温度，激动剂及抑制剂。
Km 值是当反应速度为最大速度的一半时的底物浓度，它表示酶与底物的亲和力，Km 值越大，亲和力越小，反之Km 值越小亲和力越大。
酶促反应动力学的研究有助于阐明酶的结构与功能的关系，也可为酶作用机理的研究提供数据；有助于寻找最有利的反应条件，以最大限度地发挥酶催化反应的高效率；有助于了解酶在代谢中的作用或某些药物作用的机理等，因此对它的研究具有重要的理论意义和实践意义。
酶促反应动力学是研究各种因素对酶促反应速度的影响及其反应规律。
影响酶促反应速度的因素有酶浓度、温度、pH 、作用物浓度、激动剂及抑制剂等。
一、底物浓度对反应速度的影响在酶的浓度不变的情况下，底物浓度对反应速度影响的作用呈现矩形双曲线。
在底物浓度很低时，反应速度随底物浓度的增加而急骤加快，两者呈正比关系。
随着底物浓度的升高，反应速度不再呈正比例加快，反应速度增加的幅度不断下降。
如果继续加大底物浓度，反应速度不再增加。
此时，无论底物浓度增加多大，反应速度也不再增加，说明酶已被底物所饱和。
所有的酶都有饱和现象，只是达到饱和时所需底物浓度各不相同而已。
在一定的温度和pH 条件下，当底物浓度大大超过酶的浓度时，酶的浓度与反应速度呈正比关系。
作用物浓度对酶促反应速度的影响可用米氏方程来表示。
Km 为米氏常数。
Km 值是酶学研究中一个重要特征性常数，有着重要意义。
Km值是当反应速度为最大速度一半时的底物浓度，它表示酶与底物的亲和力，Km值愈大亲和力愈小，反之Km值愈小亲和力愈大。
二、酶浓度对反应速度的影响在一定的温度和pH条件下，当底物浓度大大超过酶的浓度时，酶的浓度与反应速度呈正比关系。
在一个连续的酶促反应中，若能确定各种酶催化反应底物的Km值及相应的底物浓度时，其中Km值最大的一步酶促反应是该连续反应中的限速反应，该酶为限速酶。
酶工程4
组分（酶、溶剂、底物和产物）的а
• 最佳水活度与溶剂的极性几乎无关
w
是相同的。
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表征必需水作用的参数---热力学水活度
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获得恒定水活度的方法：
• 向反应体系中直接加水。 ×
• 用一个饱和盐水溶液分别预平衡底物溶液和酶制剂。 • 直接向反应体系加入水合盐：Na2HPO4（二、七、十 二水合盐）
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3 专一性
枯草杆菌蛋白酶催化在水溶液中催化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，在二氯甲烷或苯中：丝氨酸>苯丙氨
酸；在吡啶或季丁醇中：苯丙氨酸>丝氨酸 原因：溶剂改变底物分配系数
有些在水中不能实现的反应途径，在有机介质中却成为主 导反应。
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酶活性丧失的可能原因：
有机溶剂与底物或产物相互作用
• 直接作用：氯仿显著减少过氧化物酶催化苯酚的氧化，原因在于氯仿 是苯酚基的淬灭剂； • 影响底物或产物的分配
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2 活性
在反向微团体系中，微团效应使某些酶活性增加 超活性：凡是高于水溶液中所得酶活性值的活性称为超活性 （Super-activity）。 表面活性剂刚性壳层能缓冲酶结构波动性，保证酶结构的稳定； 保护酶避免与有机溶剂直接接触； 为酶催化反应提供巨大相界面，减小传质阻力
剂（如吡啶或二甲基甲酰胺） 例：在己烷中聚苯酚氧化酶的催化反应，极性的苯醌产物不溶于己烷，
导致在酶周围的水层发生不需要的聚合，该聚合物缠住酶，降低酶活，
酶催化
一、酶的特性
酶反应优点
效率高 速率快 专一性 降低活化能
酶反应缺点
提取工艺复杂 价格非常昂贵 反应容易失活 不能重复使用
二、酶的分类
1961年国际酶学委员会（Enzyme Committee, EC）根 据酶所催化的反应类型和机理，把酶分成6大类:
六大类酶的特征
1、氧化还原酶 Oxidoreductase
2、转移酶 Transferase
• 转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子 的基团或原子转移到另一个底物的分子上。
A· + B X A +B· X
• 根据X分类：转移碳基、酮基或醛基、酰基、糖 基、烃基、含氮基、含磷基和含硫基的酶。 • 例如， 谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。
CH3CHCOOH HOOCCH2CH2CCOOH NH2 CH3CCOOH O O HOOCCH2CH2CHCOOH NH2
2. 高效性
反应速度是无酶催化/普通人造催化剂催 化反应速度的106-1016倍。
且无副反应
酶的催化
mol/mol.S
双氧水裂解
(血红蛋白） （过氧化氢酶）
Hale Waihona Puke 用α-淀粉酶催化淀粉水解，1克结晶酶在 65°C条件下可催化2吨淀粉水解。
例如，过氧化氢的分解，在 无催化剂存在时，该分解反应的 活化能为75.31kJ/mol，在用过氧 化氢酶催化时，该分解反应的活 化能仅为8.37kJ/mol。
低水含量的油包水(W /O )微乳液。
——反胶束溶液：透明的、热力学稳定。
——反胶束极性内核中的水与常态水物理性质不同：黏度
较高，酸度与极性低。 “水池”中的水可溶解某些原本
不溶的物质，如脂肪酶等生物活性物质。
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。
有机介质中的酶促反应
可进行水不溶或水溶性差化合物的催化转化 改变了催化反应的平衡点 对底物的专一性提高 热稳定性提高 回收和重复利用变得容易
有效减少或防止由水引起的副反应的产生 避免了杂水溶液中进行长期反应时微生物引起的污染
酶促反应的有机介质体系
(1)与水混溶的有机溶剂-水形成的单相体系 (2) 水-非极性有机溶剂形成的两相或多相体
酶 猪胰脂肪酶
酵母脂肪酶
胰凝乳蛋白酶
枯草杆菌蛋白酶 溶菌酶
核糖核酸酶
F1-ATP酶 醇脱氢酶 Hind III 脂蛋白脂肪酶 -葡萄糖苷酶 酪氨酸酶
酸性磷酸酯酶
细胞色素氧化酶
条件 三丁酸甘油酯, 水， pH7.0 三丁酸甘油酯/庚醇 水， pH7.0 正辛烷，100℃ 水，pH8.0, 55℃ 正辛烷， 110℃ 环己烷110℃ 水
• 酶的状态可以是结晶、冻干、沉淀，或者吸附在 固体载体表面上。
非极性有机溶剂-PEG 修饰酶单项体系
• 聚乙二醇（PEG）具有亲水和疏水两种特性，用 PEG修饰的赖氨酸残基，增加酶分子表面的疏水 性，可使酶在有机介质中溶解性增加，使酶反应 体系处于一种均相状态，同时为酶分子表面创造 了一个亲水的微环境。
• 当水和有机溶剂同时存在于反应体系时， 加入表面活性剂后，两性的表面活性剂会 形成球状或椭球状的胶束，其大小与蛋白 质分子在同一数量级上。
• 当体系中水浓度高于有机溶剂时，形成胶束的表 面活性剂的极性端朝向胶束的外侧，而非极性端 则朝向胶束的中心，有机溶剂就被包在胶束的内 部，此时的胶束就称为正相胶束或简称为胶束；
水-非极性有机溶剂形成的 两相或多相体系
• 由水和疏水性较强的有机溶剂组成的两相 或多相反应体系。
• 游离酶、亲水性底物或产物溶解于水相， 而疏水性底物或产物则溶解于有机溶剂相 中。
酶工程题库及答案
酶工程题库及答案一、单选题（共40题，每题1分，共40分）1、动物细胞的营养要求较复杂，必须供给各种氨基酸、维生素、激素和生长因子等，一般加入（）就可以满足要求。
A、葡萄糖B、无机盐C、血清D、维生素正确答案：C2、搅拌罐反应器中进行某酶催化反应，反应液体积为5立方米，反应液温度从20℃升至40℃，热利用率为80%，反应过程中实际所需热量为（）kcal。
A、80B、125000C、125D、80000正确答案：B3、电泳分离蛋白质的依据是（）A、蛋白质溶液为亲水胶体B、蛋白质紫外吸收的最大波长280nmC、蛋白质分子大小不同D、蛋白质多肽链中氨基酸是借肽键相连E、蛋白质是两性电解质正确答案：E4、葡萄糖氧化酶可以用于食品保鲜，主要原因是通过该酶的作用可以（）。
A、杀灭细菌B、除去氧气C、生成过氧化氢D、生成葡萄糖酸正确答案：B5、有机介质中酶催化的最适水活度是（）。
A、酶催化反应速度达到最大时的水活度B、酶活力到最大时的水活度C、底物溶解度达到最大时的水活度D、酶溶解度达到最大时的水活度正确答案：A6、必需水是指（）。
A、维持酶催化反应速度所必需的最低水量B、维持酶分子催化能力所必需的最低水量C、维持酶分子完整的空间构象所必需的最低水量D、酶催化反应速度达到最大时所需的水量正确答案：C7、在进行易错PCR时，提高镁离子浓度的作用是（）。
A、稳定互补的碱基对B、稳定非互补的碱基对C、增强酶的稳定性D、减弱酶的稳定性正确答案：B8、有些酶在细胞进入平衡期以后还可以继续合成较长的一段时间，这是由于（）。
A、该酶所对应的mRNA稳定性好B、该酶所对应的DNA稳定性好C、细胞自溶后使酶分泌出来D、培养基中还有充足的营养成分正确答案：A9、制备酵母原生质体时主要采用（）A、溶菌酶B、果胶酶C、B-1，4葡聚糖酶D、B-1，3葡聚糖酶正确答案：D10、以下关于酶在疾病诊断方面的应用，错误的是（）。
A、酸性磷酸酶可用于测定尿素含量，从而诊断肝脏、肾脏病变B、检测体细胞内端粒酶活性，可用于诊断细胞是否发生癌变C、利用葡萄糖氧化酶可检测血糖含量，进行糖尿病的诊断D、血清中转氨酶的活性变化，可用于肝脏疾病的诊断正确答案：A11、RNA剪切酶是（）。
有机介质中酶催化反映的影响因素
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2021/6/7
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有机介质中酶催化反映的影响因素
2021/6/7
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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。
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酶的种类和浓度
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 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。
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温度
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 使用时，酶催化反应的温度通常控制在最适温度范围内。
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 应速度以及较强的立体选择性条件下进行。
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pH和离子强度
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。