非水酶學(xué)ppt課件(已修改)
2025-01-17 20:35 本頁(yè)面
【正文】 第五章 非水酶學(xué) 第一節(jié) 非水酶學(xué)中的反應(yīng)介質(zhì) 酶反應(yīng)在有機(jī)介質(zhì)中進(jìn)行，已經(jīng)成為酶工程、酶化工研究的一個(gè)新的領(lǐng)域，開(kāi)辟了一個(gè)新的研究方向。 由于酶的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)象多樣化，所以不是所有的酶 都可以在有機(jī)介質(zhì)中反應(yīng)。 酶是否適于在有機(jī)介質(zhì)中反應(yīng)，除與酶性質(zhì)有關(guān)外，還取決于酶 底物、產(chǎn)物 溶劑間的關(guān)系問(wèn)題。 這完全需要用實(shí)驗(yàn)來(lái)決定 。 用于酶催化的 非水介質(zhì) 包括 : ① 含微量水的有機(jī)溶劑； ② 與水混溶的有機(jī)溶劑和水形成的均一體系； ③ 水與有機(jī)溶劑形成的兩相或多相體系； ④ 膠束與反膠束體系； ⑤ 超臨界流體； ⑥ 氣相 。 它們不同于 標(biāo)準(zhǔn)的水溶液體系 。 在這些體系中水含量受到不同程度的 嚴(yán)格控制 ， 因此又稱(chēng)為非常規(guī)介質(zhì) （ nonconventional media） 第二節(jié) 非水介質(zhì)中酶的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 一、 非水介質(zhì)中酶的結(jié)構(gòu) 在有機(jī)溶劑中 ， 酶分子不能直接溶于其中 ，它的存在狀態(tài)有多種形式 。 主要分為 兩大類(lèi) 。 第一類(lèi)為 固態(tài)酶 ， 它包括 冷凍干燥的酶粉 或 固定化酶 、 結(jié)晶酶 ， 它們以固體形式存在有機(jī)溶劑中 。 第二類(lèi)為 可溶解酶， 它主要包括 水溶性大分子共價(jià)修飾酶 和非共價(jià)修飾的 高分子 酶復(fù)合物、表面活性劑 酶復(fù)合物 以及 微乳液中的酶 等。 酶不溶于疏水性有機(jī)溶劑，它在含 微量水 的有機(jī)溶劑中以懸浮狀態(tài)起催化作用 。 二 、 非水介質(zhì)中酶的性質(zhì) 酶在有機(jī)溶劑中能夠保持其 整體結(jié)構(gòu) 及 活性中心結(jié)構(gòu) 的完整 ， 因此它能發(fā)揮 催化功能 。 但由于介質(zhì)的改變 ， 下列方面可能 受到影響： 熱力學(xué)穩(wěn)定性 有機(jī)溶劑中酶的 熱穩(wěn)定性 和 儲(chǔ)存穩(wěn)定性 都比水溶液中 高 。 例如： 豬胰脂肪酶 （ PPL） 在苯中催化酯交換反應(yīng)時(shí) ， （ 1） 酶活性隨溫度升高 （ 20～ 70℃ ） 而增加 ， （ 2） 在 70℃ 連續(xù)反應(yīng) 7次 （ 每次 96 h） 后酶活力仍保持 60％ ， （ 3） PPL在有機(jī)溶劑中 100℃ 時(shí)的半衰期可達(dá)數(shù)十小時(shí) 在水中 100℃ 幾乎馬上失活 PPL的穩(wěn)定性取決于有機(jī)溶劑中水的濃度， 1％ 的水，會(huì)使 PPL的穩(wěn)定性降低到和水溶液中相同的水平。 底物特異性 酶在有機(jī)溶劑中對(duì)底物的 化學(xué)結(jié)構(gòu) 和立體結(jié)構(gòu) 均有嚴(yán)格的 選擇性 。 例如： 青霉脂肪酶 在正己烷中催化 2辛醇 與不同鏈長(zhǎng)的 脂肪酸 進(jìn)行酯化反應(yīng)時(shí) ， 該酶對(duì) 短鏈脂肪酸具有較強(qiáng)的特異性 ， 這與它催化甘油三酯水解是相同的 。 介質(zhì)改變時(shí) ， 酶的 底物專(zhuān)一性 （ kcat/Km）和 催化效率 會(huì)發(fā)生改變 。 底物在反應(yīng)介質(zhì)與酶活性中心之間 分配的變化 也是影響酶的底物專(zhuān)一性及其催化效率的因素之一 。 對(duì)映體選擇性 酶的對(duì)映體選擇性是指酶識(shí)別 外消旋化合物 中某種構(gòu)象對(duì)映體的能力 。 有機(jī)溶劑中酶對(duì)底物的對(duì)映體選擇性由于介質(zhì)的親 （ 疏 ） 水性的變化而發(fā)生改變 。 疏水性強(qiáng) 的有機(jī)溶劑中酶的 立體選擇性差 。 例如：某些 蛋白水解酶 在有機(jī)溶劑中可以合成 D－ 氨基酸的肽 ， 而在水溶液中酶只選擇L氨基酸 。 位置選擇性 有機(jī)溶劑中的酶催化還具有位置選擇性 ， 即酶能夠選擇性地催化底物中 某個(gè)區(qū)域的基團(tuán) 發(fā)生反應(yīng) 。 化學(xué)鍵選擇性 化學(xué)鍵的選擇性是非水介質(zhì)中酶催化的一個(gè) 顯著特點(diǎn) 。 pH記憶 有機(jī)溶劑中的酶有些能夠 “ 記憶 ” 它冷凍干燥 或 丙酮沉淀 前 所在緩沖液中的 pH， 這種現(xiàn)象為 “ pH記憶 ” 。 實(shí)質(zhì)內(nèi)容是： （ 1） 酶的反應(yīng)速度與其冷凍干燥前水溶液的 pH密切相關(guān) ， （ 2）反應(yīng)的最適 pH接近于水溶液中的最適 pH。 二、水 （ 一 ） 水存在的方式 在有機(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)中含水量包括： 與酶粉水合的 結(jié)合水 ， （ 必需水 ） 溶于有機(jī)溶劑中的 自由水 ， 固定載體和其他雜質(zhì)的 結(jié)合水 。 與酶結(jié)合的水量是影響 酶的活力 、 穩(wěn)定性 以及 專(zhuān)一性 的決定因素 。 控制酶結(jié)合的水量 （ 必需水 ） 和水在酶分子中的位置是 關(guān)鍵 。 （二）保證必需水含量 水是保證酶催化反應(yīng)的必需條件 ，活性構(gòu)象是水分子直接或間接由氫鍵等非共價(jià)鍵相互作用來(lái)維持。 因此 水與酶分子緊密結(jié)合的一單層水分子 對(duì)催化作用非常重要。而其他的水則相對(duì)不那么重要 (即由有機(jī)介質(zhì)替代的那部分水不那么重要了）。 必需水 ： 是維系酶構(gòu)象穩(wěn)定和酶催化活性所必需的那部分 最少量的水分子 ,有時(shí)也叫 結(jié)合水 。 只要那部分必需水不丟失 , 其他的大部分水可以由有機(jī)溶劑代替。
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