第六章 酶的非水相催化
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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。
(生物科技行业)生物学第六章酶的非水相催化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应的研究: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。
1.1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。
◆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。
1.2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,所以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。
1.3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应。
◆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;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,最好在室温附近或在酶催化的最适温度附近;超临界压力不能太高,可节约压缩动力费用;超临界流体要容易获得,价格要便宜等。
1.4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(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。
第六章酶的非水相催化教学目的:使学生了解并掌握酶非水相催化的概念及意义,掌握酶非水相催化技术。
教学重点、难点:酶非水相催化机理。
教学方法:讲授教学手段:多媒体第一节酶非水相催化研究概况一、概念及分类(一)、概念:酶在非水介质中进行的催化作用。
1984 年,美国A.M.Klibanov 在《科学》上发表一篇关于酶在有机介质中催化条件和特点的综述,并成功酶促合成了酯、肽、手性醇等许多有机化合物。
指出,酶可在非生物体系的疏水介质中催化天然或非天然的疏水性底物和产物的转化,对酶只能在水溶液中起作用的传统酶学思想提出了挑战。
(二)、分类1、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作用适用范围:底物、产物两者或其中之一为疏水性物质的酶催化作用。
主要研究对象2、气相介质中的酶催化指酶在气相介质中进行的酶催化反应。
适用范围:底物是气体或者能够转化为气体物质的酶催化反应。
研究较少。
3、超临界流体介质中的酶催化指酶在超临界流体中进行的催化反应。
, 绿色化学? ——无毒、无害要求,代替有机溶剂4、离子液介质中酶的催化离子液: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;酶反应具有良好的稳定性和区域选择性、立体选择性、键选择性等优点。
二、有机相酶反应的优点1.有利于疏水性底物的反应。
(主要提高脂溶性底物的溶解度,有利于高浓度底物连续生物转化。
)2.可提高酶的热稳定性,提高反应温度加速反应。
3.能催化在水中不能进行的反应(有许多难溶于水的非极性底物能够溶于有机溶剂中)4.可改变反应平衡移动方向(使许多热力学平衡从加水分解反应转为其逆反应,如酶合成,酯交换等)主要朝着合成而不是水解的方向进行。
5.可控制底物专一性(不同底物反应所选最适溶剂不一定相同)。
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。
(酶不溶于有机溶剂,有利于产物分离和酶的回收利用,且从低沸点的溶剂中分离纯化产物比水中容易。