酶的非水相催化
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酶工程第七章 酶非水相催化
有机介质中的酶催化
指酶在含有一定量水的有机溶剂中进行的催化反应。 适用范围:底物、产物两者或其中之一为疏水性物质的 酶催化作用。 原因: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。 特性:酶的底物特异性、立体选择性、区域选择性、键 选择性、热稳定性等有所改变。 应用：多肽、酯类、甾体转化、功能高分子合成、手 性药物拆分的研究。
二、水对有机介质中酶催化的影响
有机溶剂中酶的催化活力与反应系统的 含水量密切相关。 系统含水量:与酶分子紧密结合的结合水、 溶解在有机溶剂中的游离水。 与酶结合的水量是影响酶的活力、稳定 性以及专一性的决定因素
1、水对酶分子空间构象的影响
无水下酶空间构象被破坏,故需一层水化层; 必需水:维持酶分子完整空间构象所必需的最 低水量; 不同的酶所需求的必需水的量差别较大; 每分子凝乳蛋白酶只需50分子的水，每分子多 酚氧化酶却需3.5×102个水分子 原因:必需水是维持酶分子结构中氢键、盐键 等副键所必需的。
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。
一、底物专一性
酶在有机溶剂中对底物的化学结构和 立体结构均有严格的选择性。
例如：青霉脂肪酶 在正己烷中催化2-辛醇与不同链长的 脂肪酸进行酯化反应时，该酶对短链脂肪 酸具有较强的特异性。
(1)有机介质中酶活性中心结合部位与底物的结 合状态发生改变,致使酶的底物特异性发生改 变:
2-芳基丙酸的酶法拆分示意图
二、手性高分子聚合物的制备
酶催化合成可生物降解高分子
可生物降解高分子是指在一定条件下能被生 物体侵蚀或代谢而降解的材料，应用广泛：
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
第六章 酶的非水相催化 PPT
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。
Klibanov A M. Enzyme memory-what is remembered and why? [J]. Nature, 1995, 374: 596-600.
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：
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。
卤化物的水解等； （4）容易分离回收； （5）无微生物污染；
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。
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，
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。
Klibanov A M. Enzyme memory-what is remembered and why? [J]. Nature, 1995, 374: 596-600.
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：
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。
卤化物的水解等； （4）容易分离回收； （5）无微生物污染；
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。
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，
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。
第八章酶的非水相催化ppt课件
– 1984 年之后，非水相中的酶催化研究开始活跃起来。
– 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.
– 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
第七章 酶的非水相催化
Enzymatic catalysis in Non-aqueous system
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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
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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
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
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。
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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。 维持酶分子完整的空间构象所必需的最低水 量称为必需水（essential water）。 有机介质中水的含量对酶催化反应速度有显 著影响。存在最适水含量。
（1） 天然香料的萃取，合成香料的分离，精制，（2） 烟 草脱烟碱（3） 化妆品原料的萃取，精制（界面活性剂，单
2． 仿水溶剂和印迹技术
（1） 仿水溶剂体系 （2） 分子印迹技术
（1） 仿水溶剂体系
原理: 可用二甲基甲酰胺（DMF），乙二醇，
丙三醇等极性添加剂部分或全部替代 系统中的辅助溶剂水，从而影响酶的 活性和立体选择性。
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。
二、有机相酶反应的优点：
① β可以控制由水引起的副反应。 ② 可提高酶的热稳定性。 ③ 提高脂溶性底物的溶解度，提高催化效率。 ④ 从低沸点溶剂中分离纯化产物比水中容易。 ⑤ 酶和产物易于回收。 ⑥ 酶易于实现固定化。
一、酶非水相催化的几种类型
• 有机介质中的酶催化 •气相介质中的酶催化 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。 •超临界介质中的酶催化
酶在超临界流体中进行的催化反应。超临界流体是指 温度和压力超过某物质超临界点的流体。
•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
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。
四、有机相酶反应的研究进展
1． 超临界流体中的酶反应 2． 仿水溶剂和印迹技术
1． 超临界流体中的酶反应
超临界流体的概念: 指温度和压力均在本身的临界点以上的高
1. 必需水层图示
2. 干燥的酶水合过程：
（1）与酶分子表面带电基团结合达到00.07g/g（水/酶）
（2）与表面的极性基团结合(0.07-0.25g/g) （3）凝聚到表面相互作用较弱的部位（0.25－
0.38g/g） （4）酶分子表面完全水化，被一层水分子覆盖。
3．影响酶反应体系中必需水含量的因素
密度流体，具有和液体同样的凝聚力、溶 解力；然而其扩散系数又接近于气体，是 通常液体的近百倍。 超临界流体的有关性质感兴趣同学自学。
超临界流体萃取的应用实例
工业 类别
医药 工业
食品 工业
化妆 品
香料
应用实例
（1） 原料药的浓缩，精制和脱溶剂（抗生素等）（2） 酵 母，菌体生成物的萃取（r-亚麻酸，酒精等）（3） 酶，维 生素等的精制，回收（4） 从动植物中萃取有效药物成分 （生物碱，维生素E，芳相油等）（5） 脂质混合物的分离 精制（甘油酯，脂肪酸，卵磷酯） （1） 植物油的萃取（大豆，棕榈，花生，咖啡）（2） 动 物油的萃取（鱼油，肝油）（3） 食品的脱脂（马铃薯片， 无脂淀粉，油炸食品）（4） 从茶，咖啡中脱除咖啡因，啤 酒花的萃取（5） 香料的萃取（6） 植物色素的萃取（7） 油脂的脱色脱臭
应用举例：
通过适当地添加少量的DMF（二甲基酰 胺），脂肪酶催化布洛芬与正丁醇酯化 反应产物的得率从51%提高到91%，且 反应活性也有所提高。
（2） 分子印迹技术
分子印迹技术原理： 竞争性抑制剂诱导酶活性中心构象发生
变化，形成一种高活性的构象形式，而 此种构象形式在除去抑制剂后，因酶在 有机介质中的高度刚性而得到保持。 酶蛋白分子在有机相中具有对配体的 “记忆”功能。
7.5.1 非水相介质中水的作用
7.5.1.1 必需水对酶活性的影响
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。
a．不同酶需水量不同 b. 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
胰脂肪酶活性与含水量的关系
7.5.1.2 水活度对酶活力的影响
Hailing建议用热力学水活度(Aw)来描述有机 介质中酶催化活力与水的关系。
水活度(Aw)是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。
7.5 酶的非水相催化
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，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。
7.5.2.1 有机溶剂对酶的结合水的影响
在水溶液中，酶分子均一地溶解于溶液中，可较好 地保持其完整的空间结构。在有机溶剂中，酶分子 不能直接溶解，而是悬浮在溶剂中进行催化反应。
极性较强的有机溶剂，如甲醇，乙醇等，会夺取酶 分子的结合水，影响酶分子微环境的水化层，从而 降低酶的催化活性,甚至引起酶的变性失活。因此 应选择好所使用的溶剂，控制好介质中的含水量， 或者经过酶分子修饰提高酶分子的亲水性，避免酶 在有机介质中因脱水作用而影响其催化活性。
7.5.2 有机溶剂
有机溶剂的类：
水溶性有机溶剂：甲醇、乙醇、丙醇、正 丁醇、甘油、丙酮、乙腈等
水不溶性的有机溶剂：石油醚、己烷、庚 烷、苯、甲苯、四氯化碳、氯仿、乙醚、 戊醚等。
有机溶剂的选择必须考虑3个因素:
(1)溶剂对酶反应的影响(包括对底物的溶解能 力,对反应平衡点、动力学及酶专一性的影响); (2)溶剂的毒性(对食品工业和药物生产特别重 要); (3)对酶稳定性的影响 可供试验选用的有:辛烷、甲苯、异丙基醚、甲 基异丁酮、乙酸乙酯、正丁醇、乙醇、四氢呋 喃和乙腈等。