酶的非水相催化 (2)(文件)
【正文】 C H 2 )nOCO ROOC( C H 2 )nO( C H2)nCO( C H2)nOCO( C H 2 )nOCO H( C H2)nO ROC生物柴油 生物柴油是利用生物油脂生產(chǎn)的有機燃料，是由動物、植物或微生物油脂與小分子醇類經(jīng)過酯交換反應(yīng)而得到的脂肪酸酯類物質(zhì)。 脂肪酶 消旋化合物的拆分 乙酸異丙酯乙酸乙烯醇酯 P S L 消旋化合物 RRSS++R C O O C H 3O A cR C O O C H 3O HR C O O C H 3O HR C O O C H 3O A cR C O O C H 3O H有機溶劑有機介質(zhì)中用脂肪酶 (PSL)催化酯化用于 γ 羥基 α ,β 不飽和酯的拆分。許多國家和地區(qū)也都制定了有關(guān)手性藥物的政策和法規(guī)。 底物與有機溶劑相互作用的越緊 ， 酶的活性位點與底物的結(jié)合越不利 。 選擇有機溶劑的原則 （ 1）有機溶劑對必需水的影響，也就是溶劑的疏水性和親水性質(zhì)會對每產(chǎn)生影響 （ 2）對底物的影響 （ 3）應(yīng)屬于“惰性”，不應(yīng)參加反應(yīng) （ 4）在整個生物催化的下游過程中的分離與純化的難程度 有機溶劑酶促反應(yīng)動力學 1. 有機溶劑中酶促催化機制 ? 有機相中酶促反應(yīng)的過程、機制與常規(guī)情況相同，復合米氏方程、乒乓機制。 （ 2）有機溶劑對酶結(jié)構(gòu)、活性中心的影響 盡管在有機溶劑中酶的總體結(jié)構(gòu)和活性中心的結(jié)構(gòu)都是保持完整 ， 但是酶分子本身的動態(tài)結(jié)構(gòu) 、 表面結(jié)構(gòu)和活性中心發(fā)生了變化 。 最常用 、 最可靠的方法是：用有機溶劑極性參數(shù) LogP描述有機溶劑的極性與酶活力之間的關(guān)系 。 ? 疏水性溶劑不易吸收酶的必需水 ， 因此破壞酶的結(jié)構(gòu)和活性的可能性較少 。因此應(yīng)選擇好所使用的溶劑，控制好介質(zhì)中的含水量，或者經(jīng)過酶分子修飾提高酶分子的親水性， 避免酶在有機介質(zhì)中因脫水作用而影響其催化活性 。 ? 在水溶液中，酶分子均一地溶解于水溶液中，可以較好地保持其完整的空間結(jié)構(gòu)。 干燥的酶水合過程： ? （ 1） 與酶分子表面帶電基團結(jié)合達到 （水/酶） ? （ 2） 與表面的極性基團結(jié)合 () ? （ 3） 凝聚到表面相互作用較弱的部位（ ~） ? （ 4） 酶分子表面完全水化，被一層水分子覆蓋。 維持酶分子完整的空間構(gòu)象所必需的最低水量稱為必需水（ essential water） 。有機介質(zhì)中的水含量多少對酶的 空間構(gòu)象 、酶的 催化活性 、酶的 穩(wěn)定性 、酶的 催化反應(yīng)速度 等都有密切關(guān)系，水還與酶催化作用的 底物和反應(yīng)產(chǎn)物的溶解度 有關(guān)。 （ 3）其他特性 1）分子記憶 2） pH記憶和離子強度 有機相生物印跡酶 枯草桿菌蛋白酶溶液 含 NAcTyrNH2 凍干 除去抑制劑 枯草桿菌蛋白酶 枯草桿菌蛋白酶溶液 不含 NAcTyrNH2 凍干 枯草桿菌蛋白酶 （ 1） （ 2） 在辛烷中催化酯化反應(yīng)的速度比較： 反應(yīng)（ 1）中得到的酶比反應(yīng)（ 2）中得到的酶高 100倍 在水溶液中其活性 ： 相同 有機相生物印跡酶 酶在含有其配體的緩沖液中，肽鏈與配體之間的氫鍵等相互作用使酶的構(gòu)象改變，這種新構(gòu)象除去配體后在無水有機溶劑中仍可保持，并且酶通過氫鍵能特異地結(jié)合該配體，這種方法叫生物印跡。 有機溶劑能夠改變酶的對映體特異性和潛手性特異性 。 溶劑的改變會引起底物在水與有機溶劑兩相分配系數(shù)的改變 ， 從而導致在有機溶劑中底物專一性的改變 。 酶的這些特異性包括底物特異性 、 對映體選擇性 、 潛手性選擇性 、 位置選擇性和化學鍵選擇性 。 某些酶在有機介質(zhì)與水溶液中的熱穩(wěn)定性 酶 介質(zhì)條件 熱穩(wěn)定性 豬胰脂肪酶 三丁酸甘油酯 水， T1/2 26 h T1/2 2 min 酵母脂肪酶 三丁酸甘油酯 /庚醇 水， T1/2 = h T1/2 2 min 脂蛋白脂肪酶 甲苯， 90℃ ， 400 h 活力剩余 40％ 胰凝乳蛋白酶 正辛烷， 100℃ 水， pH , 55℃ T1/2 = 80 min T1/2 = 15 min 枯草桿菌蛋白酶 正辛烷， 110℃ T1/2 = 80 min 核糖核酸酶 壬烷， 110℃ ， 6 h 水， pH , 90℃ 活力剩余 95％ T1/2 10 min 酸性磷酸酶 正十六烷， 80℃ 水， 70℃ T1/2 = 8 min T1/2 = 1 min 腺苷三磷酸酶 ( F1ATPase) 甲苯， 70℃ 水， 60℃ T1/2 24 h T1/2 10 min 限制性核酸內(nèi)切酶 （ Hind Ⅲ ） 正庚烷， 55℃ ， 30d 活力不降低 β 葡萄糖苷酶 2丙醇， 50℃ ， 30 h 活力剩余 80％ 溶菌酶 環(huán)己烷， 110℃ 水 T1/2 =140 min T1/2 = 10 min 本章 目錄 酶活性喪失的可能原因： ? （ 1） 有機溶劑直接作用于酶 ? （ 2） 有些酶的活性會隨著某些有機溶劑濃度升高而增大，在某一濃度（最適濃度）達到最大值；若濃度再升高，則活性下降。 2．非水介質(zhì)中酶的性質(zhì) 由于受到非水介質(zhì)的影響 ， 改變底物存在的狀態(tài)及酶與底物相結(jié)合的自由能 ， 這些都會影響到非水介質(zhì)中酶某些主要的性質(zhì) ， 如熱穩(wěn)定性 、 底物特性 、立體選擇性 、 區(qū)域選擇性和化學鍵選擇性等 。 ? 剛 柔并存 ? 剛性：生物大分子結(jié)構(gòu)的精確性 ? 柔性：生物大分子局部區(qū)
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