2021年酶的非水相催化.ppt

酶的非水相催化
教学目标：掌握非水相中酶的催化特性及反应条件的选
择与控制方法。
教学要求：了解酶催化反应的介质及其特点；理解有机介质
中水和有机溶剂对酶催化反应的影响；掌握非水相中酶
的催化特性及反应条件的选择与控制方法。
重点：非水相中酶的催化特性及反应条件的选择与控制。
难点：有机介质中水和有机溶剂对酶催化反应的影响。
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酶的非水相催化
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Contents of chapter 6
1、酶催化反应的介质
2、有机介质反应体系
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
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5、酶非水相催化的应用
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酶的非水相催化
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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？？
在活细胞中酶大多集中在水和有机溶剂的界面，酶在细胞中的作用模型是含水有机溶剂系统的酶促反应。
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酶的非水相催化
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(1898),73,634-658
Kastlc, LocvCnhart,.(1900)Am Chem,J,24,491-525
Sym,E,A(1933)Biochem,Z,258,304-324
Sym,E,A(1936)Enzymologia 1,156-160
失败的原因？
酶催化反应的介质
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酶的非水相催化
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Klibanov 的实验
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酶的非水相催化
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酶催化反应的介质
Zaks,A. and Klibanov,(1984),Science224,1249-1251
ZaKs,A. and Klibanov,.(1985),,Acad,Sci. . 82,3192-3196.
成功的 原因？
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酶的非水相催化
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酶非水相催化的类型
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。
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。
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酶的非水相催化
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酶非水相催化的类型
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。
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酶的非水相催化
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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。
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酶的非水相催化
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（正）胶束体系：胶束又称为正胶束或正胶团，是在大量水溶液中含有少量与水不相混溶的有机溶剂，加入表面活性剂后形成的水包油的微小液滴。
◆表面活性剂的极性端朝外，非极性端朝内，有机溶剂包在液滴内部。
◆反应时，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中进行。
反胶束体系：又称为反胶团，是指在大量与水不相混溶的有机溶剂中，含有少量的水溶液，加入表面活性剂后形成的油包水的微小液滴。
◆表面活性剂的极性端朝内，非极性端朝外，水溶液包在胶束内部。
◆反应时，酶分子在反胶束内部的水溶液中，疏水性底物或产物在反胶束外部，催化反应在两相的界面中进行。
不管采用何种有机介质反应体系，酶催化反应的介质中都