下载文档原格式
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。
酶工程复习资料名词解释1、酶反应器：用于酶进行催化反应的容器和附属设备2、pH记忆：3、产物阻遏作用：又称酶生物合成的反馈阻遏作用，是指酶催化反应的产物或代谢途径末端的产物使该酶的生物合成受到阻遏现象。
4.1酶的延续合成型:酶的生物合成在细胞的生长阶段开始，在细胞生长进入平衡期后，酶还可以延续合成一段时间的生物合成模式。
4.2同步合成型：是指酶的生物合成与细菌生长同步进行的一种酶生物合成模式。
4.3中期合成型：酶在细胞生长一段时间后才开始合成，细胞进入生长平衡期后，酶的生物合成也随之停止。
4.4滞后合成型：酶是在细胞进入生长平衡期后才开始生物合成并大量积累，5、固定化细胞——固定在载体上，并在一定空间范围内进行生命活动的细胞。
6、电场膜分离——是在半透膜的两侧分别装上正、负电极。
在电场作用下，小分子的带电物质或离子向着与其本身所带电荷相反的电极移动，透过半透膜，而达到分离的目的。
7、催化周期：酶进行一次催化所需的时间。
8、固定化酶：固定在载体上并在一定空间范围内进行催化反应的酶称为固定化酶。
9、抗体酶：抗体酶又称为催化性抗体，是一类具有催化功能的抗体10、立体异构专一性：当酶作用的底物含有不对称碳原子时，酶只能作用于异构体的一种，这种绝对专一性称为立体异构专一性。
11、微滤：又称为孔过滤，微滤介质截留的物质颗粒直径为0.2-2um，主要用于细菌、灰尘等光学显微镜可看到的颗粒物质的分离。
12、酶的比活力：是一个纯度指标，指特定条件下，单位质量的蛋白质或RNA所具有的酶活。
13、膜反应器：是将酶的催化反应和半透膜的分离作用组合在一起的反应器。
14、酶电极：是由固定化酶与各种电极密切结合的传感装置。
15、氨基酸置换修饰：将酶分子上的某一个氨基酸置换成另一个氨基酸的修饰方法。
16、盐析沉淀法：是利用不同蛋白质在不同盐溶度条件下溶解度不同的特性，通过在酶液中添加一定浓度的中性盐，使酶或杂质从溶液中析出沉淀，从而使酶与杂质分离的过程。
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。
生物化工与催化收稿日期:2004-12-01;修订日期:2005-05-20 基金项目:国家自然科学基金资助项目(20176019)作者简介:张 娜(1980-),女,青岛科技大学生物化工专业在读硕士研究生。
通讯联系人:刘均洪,博士生导师,教授。
E 2mail :qdht2004@酶在接近无水有机介质中的生物催化特性张 娜,刘均洪(青岛科技大学化工学院,山东青岛266042)摘 要:介绍了接近无水条件下以悬浮状态存在的酶以及固定化酶生物催化特性。
采用电子顺磁共振(EPR )及核磁共振(NMR )研究了水与酶之间的关系。
在有机溶剂中加水和不加水情况下,处于悬浮状态的酶及固定化酶结构和功能存在差别。
研究发现,尽管以悬浮状态存在的酶和固定化酶结构明显不同,但水含量、酶活性、酶柔性以及活性位点极性之间存在着密切的关系。
结果表明,在含水量很少的条件下,水对酶活性位点的生物催化起着关键作用。
关键词:非水酶学;电子顺磁共振(EPR );核磁共振(NMR )中图分类号:Q55;TQ033 文献标识码:A 文章编号:100821143(2005)0720048204Biocatalytic properties of enzymes in nearly anhydrous organic solventsZHA N G N a ,L IU J un 2hong(College of Chemical Engineering ,Qingdao University of Science and Technology ,Qingdao 266042,China )Abstract :The biocatalytic properties of enzymes in nearly anhydrous organic solvents were reviewed.Water 2protein interactions and the involvement of water in enzyme structure and function were investi 2gated by electron paramagnetic resonance (EPR )and multinuclear nuclear magnetic resonance (NMR )studies of enzymes suspended and immobilized in organic solvents with and without addition of water.In these systems ,correlations were observed between water content and enzyme activity ,flexibility ,and active 2site polarity ,despite the remarkable difference between structural properties of suspended and immobilized enzymes.The results indicated that water in very small amount plays a key role in the biocatalysis at the enzymic active sites.K ey w ords :non 2aqueous enzymology ;electron paramagnetic resonance (EPR );nuclear magnetic reso 2nance (NMR )C LC number :Q55;TQ033 Document code :A Article ID :100821143(2005)0720048204 酶作为生物催化剂,具有专一性、高效性、反应条件温和等优点,受到人们的普遍关注。
第五章非水酶学非水相酶催化的优点：1、增强难溶于水的反应物的溶解度。
2、在有机介质中改变反应平衡。
3、酶制剂易于回收再利用。
For personal use only in study and research; not for commercial use4、在有机溶剂中可增强酶的稳定性。
5、在有机溶剂中可改变酶的选择性。
6、不会或很少发生微生物污染。
第一节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，克利巴诺夫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。
气相介质中的酶催化酶在气相介质中进行的催化反应。
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。
由于气体介质的密度低，扩散容易，因此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。
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 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。
第二节有机介质酶反应体系一、有机介质反应体系非极性有机溶剂一酶悬浮体系（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。
第五章非水酶学非水相酶催化的优点：1、增强难溶于水的反应物的溶解度。
2、在有机介质中改变反应平衡。
3、酶制剂易于回收再利用。
For personal use only in study and research; not for commercial use4、在有机溶剂中可增强酶的稳定性。
5、在有机溶剂中可改变酶的选择性。
6、不会或很少发生微生物污染。
第一节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，克利巴诺夫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。
气相介质中的酶催化酶在气相介质中进行的催化反应。
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。
由于气体介质的密度低，扩散容易，因此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。
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 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。
第二节有机介质酶反应体系一、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。
但仍然含有必需的结合水以保持酶的催化活性(含水量一般小于2%)。
酶的状态可以是结晶态、冻干状态、沉淀状态，或者吸附在固体载体表面上。
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。
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。
正胶束体系酶在胶束外面的水溶液中，疏水性的底物或产物在胶束内部，反应在胶束的两相界面进行。
反胶束体系酶在反胶束内部的水溶液中，疏水性的底物或产物在反胶束外部，反应在胶束的两相界面进行。
不管采用何种有机介质反应体系，酶催化反应的介质中都含有机溶剂和一定量的水。
它们都对催化反应有显著的影响。
表面活性剂表面活性剂：表面活性剂是由亲水憎油的极性基团和亲油憎水的非极性基团两部分组成的两性分子。
在有机相酶反应中用得最多的是阴离子表面活性剂：AOT，其化学名为丁二酸-2-乙基酯磺酸钠。
临胶束浓度临胶束浓度：是胶束形成时所需表面活性剂的最低浓度，用CMC来表示。
正向微团：极性头部向外，与水结合；疏水尾部向内，形成一个非极性的核心。
反向微团：疏水尾部向外，与非极性的有机溶剂接触；极性头部向内，形成一个极性核。
反胶束体系的制备将表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中，并使其浓度超过临界胶束浓度（CMC），便会在有机溶剂内形成聚集体，这种聚集体则为反胶束。
二、有机相酶反应应具备的条件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．底物及其浓度5. 温度6. pH和离子强度水是保证酶催化反应的必需条件，活性构象是水分子直接或间接由氢键等非共价键相互作用来维持。
因此与酶分子紧密结合的一单层水分子对催化作用非常重要。
而其他的水则相对不那么重要(即由有机介质替代的那部分水不那么重要了）。
1、必需水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。
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。
干燥的酶水合过程：（1）与酶分子表面带电基团结合达到0-0.07g/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。
影响酶反应体系中需水量的因素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，需水量越少表征必需水作用的参数---热力学水活度水活度（activity of water, αw）：指体系中水的逸度和纯水的逸度之比，通常可以用体系中水的蒸汽压与相同条件下纯水的蒸汽压之比来表示。
αw=p/p0式中p为在一定条件下体系中水的蒸汽压，p0为同等条件下纯水的蒸汽压。
水活度的大小直接反映出酶分子结合水的多少，而与体系中的含水量及所用溶剂无关，与所用溶剂的极性大小也没有关系。
水活度大小可用测定反应物平衡的液面上气体的相对湿度得到。
2. 酶的选择⏹酶种类的选择：脂肪酶、蛋白酶、次黄嘌呤氧化酶、过氧化氢酶，过氧化物酶等。
除与酶有关，还与酶-底物、产物-溶剂间关系有关。
（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）化学修饰酶：例如：SOD酶经糖脂修饰后变成脂溶性，它对温度、pH、蛋白酶水解的稳定性均高于天然SOD。
（3）固定化酶：把酶吸附在不溶性载体上（如硅胶、硅藻土、玻璃珠等）制成固定化酶，其对抗有机介质变性的能力、反应速度、热稳定性等都可提高。
有机相中固定化后载体对酶的影响A. 载体能通过分配效应剧烈地改变酶微环境中底物和产物的局部浓度。
B. 载体影响酶分子上的结合水通过选择合适的载体可使体系中的水进行有利分配C. 通过载体与酶之间形成的多点结合作用，可稳定酶的催化活性构象。
例：α-胰凝乳蛋白酶与聚丙烯酰胺凝胶共价结合后，在乙醇中的稳定性明显提高，并且对有机溶剂的抗性随酶与载体间共价键数量的增加而增强。
D. 酶动力学影响一个酶同时催化的两个反应的相对速度。
例在低水活度下把胰凝乳蛋白酶固定在聚酰胺载体上，水解反应被抑制却有利于醇解反应。
3. 溶剂及反应体系的选择⏹水溶性有机溶剂：甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、甘油、丙酮、乙晴等⏹水不溶性的有：石油醚、己烷、庚烷、苯、甲苯、四氯化碳、氯仿、乙醚等酶促反应有机介质体系（1）单相共溶剂体系（水/水溶性有机熔剂）（2）两相体系（水/水不溶性有机溶剂）（3）低水有机溶剂体系（有机溶剂体系）（4）反胶束体系☆有机溶剂的极性：有机溶剂的极性的强弱用极性系数lgP表示。
P是指溶剂在正辛醇与水两相中的分配系数。
极性系数越大，表明其极性越小，极性系数越小，则极性越强。
极性过强（lgP <2 ）的溶剂，会降低酶反应速度，一般情况下不选用；极性过弱（lgP ≧5 ）的溶剂，催化反应速度也不高；通常选用2≦lgP ≦5的溶剂作为催化反应介质。
4. 底物的选择和浓度控制根据酶在所使用的有机介质中的专一性选择适宜的底物。
底物浓度较低时—速度随底物浓度升高而增大；底物达到一定浓度后—随底物浓度升高，速度增幅减少，趋于平衡，接近最大反应速度。
5. 温度控制在微水有机介质中，由于水含量低，酶的热稳定性增强，所以其最适温度高于在水溶液中催化的最适温度。
6. pH选择和离子强度的影响（1）pH选择：在有机溶剂的环境中，不会发生质子化及脱质子化的现象。
酶在水相的pH值可在有机相中保持，同一种酶不同来源，对pH值敏感程度大不相同。
（2）离子强度影响随着冻干时用的缓冲溶液的离子强度增大，酶活会增大。
三、有机溶剂对对有机介质中酶的影响有机溶剂对酶结构与功能的影响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有机溶剂对酶活性的影响有机溶剂对产物和底物分配的影响选择有机溶剂必须考虑因素：(1) 有机溶剂与反应的匹配性（即相容性）（包括反应产物与溶剂的匹配性，极性产物倾向于保留在酶附近，可能引起产物抑制或不必要的副反应发生。
(2) 溶剂必须对于该主反应是惰性的制剂。
例：酯基转移反应涉及到醇对于酯的亲核攻击而产生另一种酯，如果溶剂也是酯，就会生成以溶剂为基础的酯，如果溶剂是醇，也会得到类似结果。
(3) 必须考虑的其他因素溶剂的密度、黏度、表面张力、毒性、废物处理和成本等（溶剂因底物而宜）四、水对有机介质中酶的影响水对酶分子空间构像的影响水对酶催化反应速度的影响水活度必需水含量五、有机相酶反应的优点1．有利于疏水性底物的反应2．可提高酶的热稳定性3．能催化在水中不能进行的反应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7．可扩大反应pH值的适应性8．酶易于实现固定化9．酶和产物易于回收10. 消除底物、产物的抑制作用。
11. 可避免微生物污染第三节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⏹pH值特性专一性⏹某一些有机介质可能使某些酶的专一性发生变化，这是酶活性中心构象刚性增强的结果。
⏹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。
稳定性（1）热稳定性提高（2）储存稳定性提高低水有机溶剂体系中，酶的稳定性与含水量密切相关；一般在低于临界含水量范围内酶很稳定；含水量超出临界含水量后酶稳定性随含水量的增加而急剧下降。
pH值特性酶所处的pH环境与酶在冻干或吸附到载体上之前所使用的缓冲液pH值相同，这种现象称为pH印记或pH记忆。
第四节有机介质中酶的催化反应类型及其条件⏹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类和浓度有机溶剂的种类水含量温度pH 离子强度第五节有机介质中酶催化的应用酯的合成肽的合成高分子的合成与改性光学活性化合物的制备甾体转化生物柴油的生产仅供个人参考仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。
For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur für den persönlichen für Studien, Forschung, zu kommerzielle n Zwecken verwendet werden.Pour l 'étude et la recherche uniquement à des fins personnelles; pas à des fins commerciales.толькодля людей, которые используются для обучения, исследований и не должны использоваться в коммерческих целях.以下无正文。
