酶的非水相催化
酶的非水相催化
酶在有机介质中起催化作用时，由于有机溶剂的极性与水有很大差 别，对酶的表面结构、活性中心的结合部位和底物性质都会产生一定的 影响，从而显示出与水相介质中不同的催化特性
底物特异性 立体选择性 位置特异性 化学选择性 热稳定性
底物特异性: 底物特异性:是指酶具有区分两个结构相 似的不同底物的能力。 似的不同底物的能力。它取决于底物疏 水性能的差异。 水性能的差异。
底物的种类和浓度
有机溶剂的种类
水含量
温度
pH
离子强度
化学选择性： 化学选择性：酶选择性地催化底物分子 中不同功能基团中某个基团的反应的特 性。
热稳定性：分为两种情况， 热稳定性：分为两种情况，一种是酶处 于高温中， 于高温中，随着时间延长逐步发生的不 可逆的失去活性；另一种是由热诱导产 可逆的失去活性； 生的酶分子整体伸展失活， 生的酶分子整体伸展失活，这种通常是 瞬间的、可逆的失活。 瞬间的、可逆的失活。
本章 目录
6.4 有机介质中酶催化反应的条件及 其控制
酶在有机介质中可以催化多种反应，主要包括：合成反应、转 移反应、醇解反应、氨解反应、异构反应、氧化还原反应、裂 合反应等。 主要应控制的条件有
酶的种类和浓度 底物的种 本章 目录
酶的种类和浓度
在有机介质中进行的酶促反应，可以省略产物的萃取分离过程 提高收率。 在有机介质中进行的酶促反应，可以省略产物的萃取分离过程, 提高收率。
某些酶在有机介质与水溶液中的热稳定性
酶 猪胰脂肪酶 酵母脂肪酶 脂蛋白脂肪酶 胰凝乳蛋白酶 枯草杆菌蛋白酶 核糖核酸酶 酸性磷酸酶 腺苷三磷酸酶 ( F1-ATPase) 限制性核酸内切酶 （Hind Ⅲ） β-葡萄糖苷酶 溶菌酶 介质条件 三丁酸甘油酯 水， pH7.0 三丁酸甘油酯/庚醇 水，pH7.0 甲苯，90℃，400 h 正辛烷，100℃ 水，pH 8.0, 55℃ 正辛烷，110℃ 壬烷，110℃，6 h 水，pH 8.0, 90℃ 正十六烷，80℃ 水，70℃ 甲苯，70℃ 水， 60℃ 正庚烷，55℃，30d 2-丙醇，50℃，30 h 环己烷，110℃ 水90℃ 热稳定性 T1/2 < 26 h T1/2 < 2 min T1/2 =1.5 h T1/2 < 2 min 活力剩余40％ T1/2 = 80 min T1/2 = 15 min T1/2 = 80 min 活力剩余95％ T1/2 < 10 min T1/2 = 8 min T1/2 = 1 min T1/2 > 24 h T1/2 < 10 min 活力不降低 活力剩余80％ T1/2 =140 min T1/2 = 10 min
第七讲 酶的非水相催化
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。
酶的非水相催化考研考点总结
酶的非水相催化考研考点总结●水相酶反应的限制●仅限于水溶性底物●大部分有机物在水中溶解性差●水会引发副反应或造成产物分解●不利于反应平衡向产物推进●产物回收困难●非水相催化的优势●增加非极性底物的溶解度●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●可减少在水相容易发生的副反应，如酸酐的水解、卤化物的水解等●容易分离回收●无微生物污染●相关问题●非水相并不代表完全无水，完全无水的情况下酶是无活性的●极性较强的溶剂可能剥离掉酶分子中必须的水，导致酶失活；而疏水性溶剂对水的溶解能力较低●在无水溶剂中，酶蛋白分子的刚性增加，空间构象较难发生改变●非水相催化的类型●有机介质中的酶催化●气相介质中的酶催化●超临界流体介质中的酶催化●离子液介质中的酶催化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●非水相催化的体系●与水不溶性有机溶剂组成的两相或多相体系●（正）胶束体系●反胶束体系●与水溶性有机溶剂组成的均一体●微水介质体系●酶非水相催化的影响因素●水●水对酶分子构象的影响酶分子需要一层水化层，以维持其完整的空间构象●水对酶催化反应速度的影响●水活度在有机介质体系中，酶的催化活性随着结合水量的增加而提高●有机溶液●有机溶剂对酶结构与功能的影响在有机溶剂中，酶分子（经过修饰后可溶于有机溶剂者除外）不能直接溶解，而是悬浮在溶剂中进行催化反应●有机溶剂对酶分子表面结构的影响●有机溶剂对酶活性中心结合位点的影响溶剂有可能渗入到酶分子的活性中心，与底物竞争活性中心的结合位点●有机溶剂对酶活性的影响有机溶剂的极性越强，越容易夺取酶分子结合水●有机溶剂对底物和产物分配的影响●酶的催化特性●底物专一性可能受影响●对映体选择性●区域选择性酶能够选择底物分子中某一区域的基团优先进行反应●健选择性●热稳定性更好●pH值特性：pH记忆●非水相催化条件的控制●水含量●酶的选择●底物的选择和浓度控制●有机溶剂的选择●温度控制。
第八章酶的非水相催化ppt课件
– 近年来，人们对非水介质中的酶结构与功能、酶作用 机制、酶作用动力学等进行了大量研究，建立起非水 酶学（non-aqueous enzymology）。
– 同时人们还对酶催化的介质进行了大量研究，开发出 各种非水介质和新的酶促反应体系，发展出了介质工 程（medium engineering），拓宽了酶催化反应的应 用范围，使酶法合成逐步发展成为与化学法合成相互 补充的合成方法。
– 1984 年，Zaks 和 Klibanov 在 Science 杂志上发表了一 篇关于酶在有机介质中催化条件和特点的文章，他们 指出，只要条件适合，酶可以在非水体系中表现出活 性，并催化天然或非天然的底物发生转化，这一报道 引起了全球科学界的关注
• 引起全球关注的“非水相酶催化”的报道
– Porcine pancreatic lipase catalyzes the trans-esterification reaction between tributyrin and various primary and secondary alcohols in a 99 percent organic medium. Upon further dehydration, the enzyme becomes extremely thermo-stable. Not only can the dry lipase withstand heating at 100 degrees C for many hours, but it exhibits a high catalytic activity at that temperature. Reduction in water content also alters the substrate specificity of the lipase: in contrast to its wet counterpart, the dry enzyme does not react with bulky tertiary alcohols.
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。
非水相中酶催化技术
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
酶的非水相催化
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（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。
本章
目录
6.2 有机介质反应体系
非极性有机溶剂酶悬浮体系(微水介质体系) 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
反应体系中水对酶催化反应的影响
酶都溶于水，只有在一定量的水存在的条件下，酶分子才能进行 催化反应。所以酶在有机介质中进行催化反应时，水是不可缺少 的成分之一。有机介质中的水含量多少对酶的空间构象、酶的催 化活性、酶的稳定性、酶的催化反应速度等都有密切关系，水还 与酶催化作用的底物和反应产物的溶解度有关。
本章 目录
6.3 酶在有机介质中的催化特性
酶在有机介质中起催化作用时，由于有机溶剂的极性与水有很大差 别，对酶的表面结构、活性中心的结合部位和底物性质都会产生一定的 影响，从而显示出与水相介质中不同的催化特性
底物特异性 立体选择性 区域选择性 键选择性 热稳定性
有机介质酶催化反应的优点
是否存在非水介质能保证酶催化？？
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。
酶非水相催化的几种类型
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。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。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。