非水相生物催化

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。

天津科技大学《食品酶学》本科生课程论文酶的非水相催化及其应用non-aqueous enzymatic catalysis technology and its applications学生姓名：学号：专业：任课教师：摘要非水相酶催化反应是酶催化反应中的一个重要方面。

非水相溶剂通常可增加底物溶解度, 减少水相中的副反应, 加快生物催化的速率和效率, 在药物及药物中间体和食品等方面具有较大的应用价值。

以下主要分析了在非水介质中酶促反应的几个重要影响因素; 介绍了非水介质中酶催化反应的应用,以及其前景发展。

关键词：非水相催化，影响因素，实际应用，发展前景Abstract It is well known that non-aqueous enzymatic catalysis has emerged as animportant area of enzyme engineering with the advantages of highersubstrate solubility, increased stereoselectivity, modified substratespecificity and suppression of unwanted water-dependent side reactions.As a result, non-aqueous enzymatic catalysis has been applied in thebiocatalytic synthesis of important pharmaceuticals and nutriceuticals.The following main analyzed several important factors in non-aqueousenzymatic catalysis：introduced in non-aqueous enzymatic catalysis infront of the catalytic reaction，introduced the bright future ofnon-aqueous enzymatic catalysis technologyKey words：non-aqueous enzymatic catalysis；important factors；applications，Development prospect目录1 前言 (5)2酶非水相催化的几种基本类型介绍 (6)3 非水介质中酶促反应的几个重要影响因素3.1 反应溶剂的影响 (7)3.2 反应时间、温度和pH 值的影响 (8)3.3 不同反应试剂的影响 (8)3.4 反应时的物理因素 (9)3.5 超声对非水介质中酶促反应的影响 (9)4 非水介质中酶促反应的应用4.1 非水介质中酶促反应基本应用范畴4.1.1 在有机相中的应用 (10)4.1.2 低共熔多相混合物体系中的酶促反应 (10)4.1.3 固定化酶催化反应 (11)4.2 非水介质中酶促反应的具体应用进展4.2.1 微生物酶法拆分环氧丙醇丁酸醋 (11)4.2.2 非水相酶催化拆分外消旋2-辛醇 (12)4.2.3 固定化脂肪酶合成鲸蜡油工艺和设备 (13)4.2.4 酶法生产类可可醋的开发和中试 (14)4.2.5 非水相酶催化生产类可可脂技术 (15)4.2.6 非水相酶法单甘醋生产专用脂肪酶 (15)5 前景展望 (16)6 参考文献 (17)1、前言酶已经在医药、食品轻工、化工能源、环保等领域广泛应用。

名词解释非水相催化：（据说酶工程上有）物质在非水介质中的催化作用反应计量学：是对反应物系的组成和转化程度的数量化研究。

得率系数：又称宏观系数，常用Y j i /表示，其中i 表示细胞或产物，j 表示底物。

Y j i /=j i m m ∆∆ 本征反应动力学:是一种仅描述反应生物反应本身的动力学规律的动力学。

酶的固定化：通过物理或化学的方法使溶液酶转变为在一定空间内收到约束的一种不溶于水但仍有酶活性的酶。

细胞固定化：与酶的固定化相似，通过各种手段将细胞与水不溶性载体结合，之辈固定化细胞的过程反胶束体系：是由水、有机相及表面活性剂组成，是表面活性剂分散于连续有机相中自发形成的一种具有微水池结构的油包水微乳液。

细胞生长：细胞的生长，主要是指细胞体积的增大，细胞分化完成后并不是所有的细胞都有生长的过程 （百度）代谢工程：通过某些特定生化反应的修饰来定向改善细胞的特性或运用DNA 重组技术来创造新的化合物的过程。

代谢网络：分解代谢途径、合成代谢途径和膜输送体系的有序组合构成代谢网络。

广义的代谢网络包括物质代谢网络和能量代谢网络。

代谢通量：物质或信息通过代谢途径被加工的速率。

节点：网络分流处的代谢产物细胞破碎：指利用外力（物理、化学、酶或机械的方法）破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术。

表面活性剂：是由亲水的极性头和疏水的非极性尾组成的物质。

（书本上的定义）具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。

（百度） 宏观反应动力学：是一种描述反应生物化学反应和传递因素对动力学综合影响结果的动力学 酶固定时的酶活力表现率：指实际测定的固定化酶活力与被固定化酶在溶液状态下的总获利之比。

)(323E E E + 其中，2E 是固定化造成的失活，3E 指实测的固定化酶活力。

代谢途径：指催化总的代谢物的转化，信息传递和其他新报功能的酶促反应的集合。

载流途径：代谢主流途径中的代谢途径称为主要载流途径，简称载流途径。

第六章酶的非水相催化◆人们以往普遍认为只有在水溶液中酶才具有催化活性。

◆酶在非水相介质中催化反响的研究:在理论上进行了非水介质〔包括有机溶剂介质，超临界流体介质，气相介质，离子液介质等〕中酶的结构与功能、非水介质中酶的作用机制，非水介质中酶催化作用动力学等方面的研究，初步建立起非水酶学〔non-aqueousenzymology〕的理论体系。

◆非水介质中酶催化作用的应用研究，取得显著成果。

1.酶非水相催化的研究概况◆酶在非水介质中进行的催化作用称为酶的非水相催化。

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响。

◆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全然维持其完整的结构和活性中心的空间构象，因此能够发扬其催化功能。

◆酶在有机介质中起催化作用时，酶的底物特异性、立体选择性、区域选择性、键选择性和热稳定性等都有所改变。

气相介质中的酶催化：◆气相介质中的酶催化是指酶在气相介质中进行的催化反响。

◆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响。

◆由于气体介质的密度低，扩散轻易，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。

超临界流体介质中的酶催化：◆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响。

◆用于酶催化反响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碍事；具有良好的化学稳定性，对设备没有腐蚀性；超临界温度不能太高或太低，最好在室温四面或在酶催化的最适温度四面；超临界压力不能太高，可节约压缩动力费用；超临界流体要轻易获得，价格要廉价等。

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〔ionicliquids〕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。

非水相酶催化的影响因素刘海龙吉林大学生命科学学院06级生物技术班34060213酶是一类由生物细胞产生且具有催化活性的特殊蛋白质。

由酶催化的反应具有专一性强、催化效率高、在常温常压等温和条件下能进行操作等优点。

但酶在实际应用中也存在一些问题，其中包括:(1)有些酶的提取和纯化繁琐，故其价格相当昂贵;(2)反应之后，要从反应混合物中回收有活性的酶以重复使用，这在技术上有一定的困难; (3)酶的稳定性较差，一般认为不能在有机溶剂、强酸、强碱或者高温下使用，而且有些酶即使在较温和的条件下使用，也会很快失去活性。

绝大多数化工过程是在有机相中进行的，有些底物或产物在水中不易溶解，有的不稳定，这就大大限制了酶在化工中的应用。

为了克服酶的这些固有缺点，可以从酶本身的性能进行改进。

这其中除了应用生物工程的方法改造微生物以使产煤成本降低外，还可以将来自生物体的酶“改性”或“修饰”以利于回收和提高其稳定性（例如酶的固定化）。

与在水相中进行的酶反应相比，酶在非水相中进行反应有许多优越性：（1）增加了非极性底物的浓度，很多不溶于水或在水中不稳定的产品能用有机溶剂中的酶来催化生产;（2)使水解反应平衡向合成的方向移动(酉旨合成、肤水解)，减少依赖于水的副反应发生;(3)在非水相中可以使用简单的吸附法固定化酶或直接使用不溶性酶粉，有利于酶的回收;(4)非水相能保护酶免受有毒反应物和条件的伤害;(5)在非水相中能够提高酶的稳定性，尤其是热稳定性;(6)在某些情况下可以改变酶的底物专一性以用于特殊的用途等等。

而非水相酶催化的影响因素一般有以下几个方面：（一）反应溶剂的影响溶剂是影响酶的催化活性和立体选择性的重要因素.在不同的溶剂中，酶会表现出不同的甚至相反的立体选择性.朱洁等利用有机溶剂中假单胞菌脂肪酶(PSL)催化的不对称酞化反应来拆分外消旋(R, S)-2-辛醇，并考察了15种溶剂对PSL活性和立体选择性的影响.其研究结果表明，在强亲水性(疏水参数log P<1, P为溶剂在正辛醇-水体系中的分配系数)溶剂中，酶几乎不表现催化活性，立体选择性也很低.在中等极性((2<log P<3)的溶剂中，酶具有中等活性和较高的立体选择性，尤其在甲苯(log P=2.5)中表现出最高的立体选择性.而在强疏水性(log P>3)溶剂中，酶表现出较高的活性和中等的立体选择性.在利用脂肪酶催化的酞化反应对外消旋的2-甲基J一酸甲西日IS]和1-氯-3- (1-蔡氧)-2-丙醇(蔡氧氯丙醇)进行动力学拆分的实验中，均发现在强疏水性的异辛烷(log P = 4. 7)中，酶催化反应的立体选择性较高.Nigam 等研究了不同溶剂对脂肪酶催化的拆分( R, S)一丙谷酞胺(Proglumide , N-苯甲酞基一N' , N ‘一丙基一R,S-异谷氮酞胺)的Cl化反应的立体选择性的影响.研究结果表明，除辛烷外，反应的立体选择性随溶剂log P值的增大而提高.（二）反应温度的影响反应温度对酶的立体选择性有显著影响.用脂肪酶催化合成(S)-2-甲基J一酸甲酷时，研究了温度与立体选择性的关系，发现在15 ~20 ℃时，酶的立体选择性较高，但随着温度升高，选择性有所下降.这是因为酶的立体选择性通常依赖活性中心的结构与构象.当温度升高时，酶的活性中心构象易发生变化，因此降低了它的立体选择性.但是，并非所有情祝都是如此.例如朱洁等【1】用脂肪酶在有机溶剂中催化(R , S)-2-辛醇的动力学拆分，并研究了反应温度对酶选择性的影响.实验结果表明，随着温度的升高，酶的立体选择性也逐步提高.对此比较反常的结果，作者认为温度升高，对快反应即( R)-醇的酞化反应速度影响较小，但使慢反应即(S)一醇的酞化反应速度大幅度降低，从而导致快慢反应速度的差别增大，因此酶表现较高的立体选择性.Nigam等[2]用脂肪酶在不同温度(20~50℃) 催化(R, S)一丙谷酞胺与不同醇的Cl化反应.研究结果表明，不同的醇参与的酷化反应的立体选择性均有一个最佳反应温度范围，多数溶剂在30~35 ℃具有较高的立体选择性，然后随着温度进一步升高，立体选择性降低.其中，(R,S)一丙谷酞胺与J一醇反应得到S一构型的产物，与己醇反应得到R-构型的产物;在30℃时，两个反应的立体选择性最高(ee值分别为97%和93%).（三）酞化试剂的影响在酶促酞化反应中，酞化试剂的结构对酶的立体选择性有明显的影响.实验结果表明，不同的饱和直链脂肪酸对PSL催化的2-辛醇酞化反应的立体选择性有显著影响.在正己烷、甲苯和环己烷中，随着酞化试剂(脂肪酸)链氏的增加，酶的活性和立体选择性都旱现一个由低到高、再由高到低的变化趋势.其中氏链脂肪酸[C(8) }C(18)]作为酞化试剂的效果比短链脂肪酸[C(4) }C(6)]稍强，表明该脂肪酶具有偏向于选择中氏链脂肪酸的底物特异性[3].庄英萍等[4]以不同的梭酸和酸酐及乙酸乙烯Cl作酞化试剂，对脂肪酶PS催化的外消旋蔡氧氯丙醇的酞化反应的立体选择性进行了考察.实验结果表明，乙酸酐是最佳的酞化试剂.这是由于乙酸酐的分子结构适于脂肪酶PS选择性催化萘氧氯丙醇发生酞化反应。

酶的非水相催化原理及应用前言酶是生物体内一类特殊的蛋白质，具有催化生物化学反应的能力。

传统上，酶的催化作用都是在水相中进行的，但近年来研究发现，酶在非水相条件下也能展现出催化的活性。

这种非水相催化的酶活性，为许多化学合成过程和工业生产提供了新的思路和方法。

本文将介绍酶的非水相催化原理及应用，并探讨其潜在的发展前景。

非水相催化原理酶在非水相条件下催化反应的原理主要与以下几个方面相关：1.氢键网络的重构：在非水相条件下，酶的氢键网络会重构，使得酶分子更加紧密地结合在一起，从而增强催化效率。

2.构象变化的灵活性：在非水相条件下，酶分子的构象变化更加灵活，可以更好地适应反应物分子的结构，提高反应效率。

3.介质的溶解能力：非水相介质对反应物分子的溶解能力较低，可以促使反应物更易进入酶的活性位点，从而提高催化效率。

4.宽广的反应条件：与水相催化相比，非水相催化酶能够在更广泛的反应条件下工作，例如高温、极端酸碱环境等。

非水相催化的应用领域非水相催化酶已经在许多应用领域中展示出了巨大的潜力和优势，下面列举几个典型的应用：•有机合成：非水相催化酶在有机合成领域中具有广泛的应用。

例如，通过选择合适的非水相介质和反应条件，酶可以催化各种有机反应，如醇酸酯化、酮-醇转化等，从而实现高效、绿色的有机化学合成。

•生物燃料生产：非水相催化酶在生物燃料生产中起到了重要的作用。

酶可以催化生物质的降解和转化，将其转化为可燃的生物燃料，如生物柴油、乙醇等。

非水相条件下的催化反应具有高效性和高产率的特点，能够提高生物燃料的产量和质量。

•医药领域：非水相催化酶在医药领域中也有广泛的应用。

例如，利用酶在非水相条件下的催化活性，可以加速药物合成的速度，提高药物的纯度和效果。

此外，非水相催化酶还可以用于合成药物的关键中间体，从而为医药研发提供有力支持。

非水相催化的发展前景随着对酶催化机制的深入研究和非水相条件下催化反应的优势的认识，非水相催化酶在许多领域中的应用前景越来越广阔。