《酶非水相催化》PPT課件

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1、第七章酶非水相催化觀念的改變有關(guān)酶的催化理論是基于酶在水溶液中的催化反應(yīng)建立起來的。近年來，進(jìn)行了非水介質(zhì)的酶結(jié)構(gòu)與功能、酶作用機(jī)制、酶作用動力學(xué)的研究，建立起非水酶學(xué)（non-aqueousenzymology)。第一節(jié)酶非水相催化的研究概況受非水介質(zhì)的影響，其催化特性與在水相中不同。酶的非水相催化主要包括:一、有機(jī)介質(zhì)中的酶催化；二、氣相介質(zhì)中的酶催化；三、超臨界流體介質(zhì)中的酶催化；四、離子液介質(zhì)中的酶催化一、有機(jī)介質(zhì)中的酶催化指酶在含有一定量水的有機(jī)溶劑中進(jìn)行的催化反應(yīng)。適用范圍:底物、產(chǎn)物兩者或其一為疏水性物質(zhì)的酶催化作用。原因:酶在有機(jī)介質(zhì)中基本能保持結(jié)構(gòu)的完整。特性:酶的底

2、物特異性、立體選擇性、區(qū)域選擇性、鍵選擇性、熱穩(wěn)定性等有所改變。應(yīng)用：多肽、酯類、甾體轉(zhuǎn)化、功能高分子合成、手性藥物拆分的研究。二、氣相介質(zhì)中的酶催化指酶在氣相介質(zhì)中進(jìn)行的催化反應(yīng)。適用范圍：底物是氣體或能轉(zhuǎn)化為氣體的物質(zhì)的酶催化反應(yīng)。特性：氣體介質(zhì)的密度低，擴(kuò)散容易，與在水相中明顯不同。三、超臨界流體介質(zhì)中的酶催化酶在超臨界流體中進(jìn)行的催化反應(yīng)。超臨界流體是指溫度和壓力超過某物質(zhì)的超臨界點的流體。要求：超臨界流體對酶結(jié)構(gòu)無破壞；具良好化學(xué)穩(wěn)定性；溫度不可太高太低；壓力不可太高；易獲得等。常用的超臨界流體有：CO2,SO2C2H4,C2H6C3H8C4H10等。四、離子液介質(zhì)中的酶催化

3、指酶在離子液中進(jìn)行的催化作用。離子液(Ionicliquid)是由有機(jī)陽離子與有機(jī)（無機(jī)）陰離子構(gòu)成的、在室溫下呈液態(tài)的低熔點鹽類，揮發(fā)性低，穩(wěn)定性好。特性：酶在其中有良好的穩(wěn)定性、區(qū)域選擇性、立體選擇性、鍵選擇性。第二節(jié)有機(jī)介質(zhì)中水和有機(jī)溶劑對酶催化反應(yīng)的影響1、微水介質(zhì)體系；2、與水溶性有機(jī)溶劑組成的均一體系；3、與水不溶性有機(jī)溶劑組成的兩相或多相體系；4、（正）膠束體系；5、反膠束體系。一、有機(jī)介質(zhì)反應(yīng)體系1、微水介質(zhì)體系是由有機(jī)溶劑和微量的水組成的反應(yīng)體系。微量的水主要是酶分子的結(jié)合水,對維持酶分子空間構(gòu)象和催化活性至關(guān)重要。另一部分水分配在有機(jī)溶劑中。酶以凍干粉或固定化酶

4、的形式懸浮于有機(jī)介質(zhì)中，是常見的有機(jī)反應(yīng)體系。2、與水溶性有機(jī)溶劑組成的均一體系由水與極性較大的有機(jī)溶劑互相混溶組成的反應(yīng)體系。水與有機(jī)劑含量均較大。適用的酶較少。3、與水不溶性有機(jī)溶劑組成的兩相或多相體系由水和疏水性較強(qiáng)的有機(jī)溶劑組成的兩相或多相反應(yīng)體系；游離酶、親水性底物或產(chǎn)物溶解于水相，疏水性底物或產(chǎn)物溶解于有機(jī)溶劑相。固定化酶在界面；催化反應(yīng)在兩相界面進(jìn)行；適于底物或產(chǎn)物兩者或其中一種屬于疏水化合物的催化反應(yīng)。4、正膠束體系大量水溶液中含有少量與水不相混溶的有機(jī)溶劑，加入表面活性劑后形成的水包油的微小液滴。表面活性劑的極性端朝外,非極性端朝內(nèi),有機(jī)溶劑被包在液滴內(nèi)部。酶在膠束外

5、面的水溶液中,疏水性的底物或產(chǎn)物在膠束內(nèi)部,反應(yīng)在膠束的兩相界面中進(jìn)行。5、反膠束體系反膠束:在與水不互溶的大量有機(jī)溶劑中,加入表面活性劑后形成的油包水的微小水滴；1997年首次報道酶在反相膠束中具有活性(已發(fā)現(xiàn)40多種酶)；酶分子處在反膠束內(nèi)，穩(wěn)定性好；反膠束與生物膜有相似之處，適用于處在生物膜表面或與膜結(jié)合的酶的結(jié)構(gòu)、催化特性和動力學(xué)性質(zhì)的研究。二、水對有機(jī)介質(zhì)中酶催化的影響有機(jī)溶劑中酶的催化活力與反應(yīng)系統(tǒng)的含水量密切相關(guān)。系統(tǒng)含水量:結(jié)合水(酶粉水合、固定載體和其他雜質(zhì))、游離水(溶于有機(jī)溶劑)與酶結(jié)合的水量是影響酶的活力、穩(wěn)定性以及專一性的決定因素1、水對酶分子空間構(gòu)象的影響無

6、水下酶空間構(gòu)象被破壞,故需一層水化層;必需水:維持酶分子完整空間構(gòu)象所必需的最低水量;不同的酶所需求的必需水的量差別較大;每分子凝乳蛋白酶只需50分子的水，每分子多酚氧化酶卻需3.5×102個水分子原因:必需水是維持酶分子結(jié)構(gòu)中氫鍵、鹽鍵等副鍵所必需的。2.水對酶催化反應(yīng)速度的影響典型的非水酶體系中水含量通常只占0.01%，但其微小差距會導(dǎo)致酶催化活力的較大改變。水影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性、活性位點的極性和穩(wěn)定性。三、有機(jī)溶劑對有機(jī)介質(zhì)中酶催化的影響直接或間接影響酶的活性和穩(wěn)定性。改變酶的特異性（底物特異性、立體選擇性、前手性選擇性等）。通過與水、酶、底物和產(chǎn)物的相互作用來影響酶的特性。

7、1.有機(jī)溶劑對酶結(jié)構(gòu)與功能的影響在水溶液中酶分子均一地溶解在水溶液中，較好地保持其構(gòu)象；有機(jī)溶劑中酶分子不能直接溶解，因此根據(jù)酶分子特性與有機(jī)溶劑特性不同，其空間結(jié)構(gòu)的保持也有不同。有些酶在有機(jī)溶劑作用下，其結(jié)構(gòu)受到破壞；有的酶分子則保持完整；（1）有機(jī)溶劑對結(jié)合水的影響一些相對親水性的有機(jī)溶劑能夠奪取酶表面的必需水而導(dǎo)致酶失活。由于酶與溶劑競爭水分子，體系的最適含水量與酶的用量及底物濃度有關(guān)。提高酶分子的親水性，可以限制酶在有機(jī)溶劑中的脫水作