【正文】 水相中，有機(jī)相一般為非極性的、親脂性的溶劑。 由于水的存在，往往有利于如水解、消旋化、聚合和分解等副反應(yīng)的發(fā)生。 并進(jìn)行了非水介質(zhì)中 ， 特別是在有機(jī)介質(zhì)中酶催化作用的運(yùn)用研究 ，利用酶在有機(jī)介質(zhì)中的催化作用進(jìn)行多肽 、 酯類等的生產(chǎn) ， 在淄體轉(zhuǎn)化 ， 功能高分子的合成 ， 手性藥物的拆分等方面均取得顯著成果 。 低共熔狀態(tài)是由兩種或多種固體化合物混合而得到的具有一個(gè)最低共熔點(diǎn)的狀態(tài) ， 在低共熔固 固體系中進(jìn)行的酶促反應(yīng)的特點(diǎn)是靠反應(yīng)底物形成低共熔點(diǎn) ， 由于反應(yīng)體系的液固體積比遠(yuǎn)小于水溶液或有機(jī)溶劑 ， 從而反應(yīng)底物濃度高 、 反應(yīng)速度快 、 產(chǎn)物濃度和收率高 。 酶的這些特異性包括底物特異性 、 對(duì)映體選擇性 、 潛手性選擇性 、 位置選擇性和化學(xué)鍵選擇性 。有機(jī)介質(zhì)中的水含量多少對(duì)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)。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(jī)介質(zhì)中因脫水作用而影響其催化活性 。 選擇有機(jī)溶劑的原則 （ 1）有機(jī)溶劑對(duì)必需水的影響，也就是溶劑的疏水性和親水性質(zhì)會(huì)對(duì)每產(chǎn)生影響 （ 2）對(duì)底物的影響 （ 3）應(yīng)屬于“惰性”，不應(yīng)參加反應(yīng) （ 4）在整個(gè)生物催化的下游過程中的分離與純化的難程度 有機(jī)溶劑酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 1. 有機(jī)溶劑中酶促催化機(jī)制 ? 有機(jī)相中酶促反應(yīng)的過程、機(jī)制與常規(guī)情況相同，復(fù)合米氏方程、乒乓機(jī)制。 R = H 或烷基寡聚物二聚物 內(nèi)酯有機(jī)溶劑脂肪酶 有機(jī)溶劑 有機(jī)溶劑 脂肪酶 脂肪酶mH O ( 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(jī)燃料，是由動(dòng)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)。副產(chǎn)物甘油和水難于回收，不但對(duì)產(chǎn)物形成抑制，而且甘油對(duì)固定化酶有毒性，使固定化酶使用壽命短。 脂肪酶 內(nèi)酯合成反應(yīng) ?羥基酸或它的酯在 脂肪 酶催化下，發(fā)生分子內(nèi)環(huán)化作用得到內(nèi)酯化合物。 （ 3）有機(jī)溶劑對(duì)酶活性和選擇性的調(diào)節(jié) 1）有機(jī)溶劑對(duì)酶活性的調(diào)節(jié) ? 酶在有機(jī)溶劑中所表現(xiàn)出的催化活力要比在水相中低。 根據(jù)酶分子的特性和有機(jī)溶劑的特性的不同，保持其空間結(jié)構(gòu)完整性的情況也有所差別 。 有機(jī)相生物印跡酶 酶的水解活力與溶解酶的緩沖液 pH值有很大關(guān)系 ? pH記憶：有機(jī)溶劑中的酶能夠保持它冷凍干燥前或沉淀前所在緩沖液中的 pH時(shí)的狀態(tài) ? 應(yīng)用：控制有機(jī)相中酶催化的最適 pH 反應(yīng)體系中水對(duì)酶催化反應(yīng)的影響 ? 一．必需水 ? 二．酶的選擇 ? 三．溶劑及反應(yīng)體系的選擇 ? 四． pH選擇和離子強(qiáng)度的影響 反應(yīng)體系中水對(duì)酶催化反應(yīng)的影響 ? 酶都溶于水，只有在一定量的水存在的條件下，酶分子才能進(jìn)行催化反應(yīng)。 ? 認(rèn)為：超活性是由圍繞在酶分子外面的表面活性劑這一外殼之較大剛性所引起。 超臨界氣體對(duì)多數(shù)酶都能適用 ， 酶催化的酯化 、 轉(zhuǎn)脂 、 醇解 、 水解 、 羥化等反應(yīng)都可在此體系中進(jìn)行 。 近 20年來 ， 酶在非水相介質(zhì) ， 特別是有機(jī)介質(zhì)中的催化反應(yīng)受到重視 ， 發(fā)展很快 。 1984年 ， 克立巴諾夫等人在有機(jī)介質(zhì)中進(jìn)行了酶催化反應(yīng)的研究 ， 他們成功的利用酶在有機(jī)介質(zhì)中的催化作用 ， 獲得酯類 、 肽類 、 手性醇等多種有機(jī)化合物 ， 明確指出酶可以在水與有機(jī)溶劑的互溶體系中進(jìn)行催化反應(yīng)；也可以在水和有機(jī)溶劑組成的雙液相體系中進(jìn)行催化反應(yīng)；還可以在只含有微量水的有機(jī)溶劑 ， 又稱微水介質(zhì)中進(jìn)行催化反應(yīng) 。 （ 4）反相膠束體系 反相膠束體系是指表面活性劑與少量水存在的有機(jī)溶劑體系。 （ 1）熱力學(xué)穩(wěn)定性 酶的熱不穩(wěn)定性分為兩種情況：一種是當(dāng)酶處于高溫中隨著時(shí)間延長逐步發(fā)生的不可逆的失去活性；另一種是由熱誘導(dǎo)產(chǎn)生的酶分子整體伸展失活 ， 這種通常是瞬時(shí)的 、 可逆的失活 。 位置選擇性和化學(xué)鍵選擇性 有機(jī)相中酶的位置特異性也能夠通過溶劑來進(jìn)行控制 。 影響酶反應(yīng)體系中必需水含量的因素 a．不同酶需水量不同 b. 同一種酶在不同有機(jī)溶劑中需水量不同；溶劑疏水性越強(qiáng)，需水量越少 胰脂肪酶活性與含水量的關(guān)系 表征必需水作用的參數(shù) 熱力學(xué)水活度 ? 即在一定溫度和壓力下，反應(yīng)體系中的水蒸汽壓與相同條件下純水的蒸氣壓之比。 P值為某溶劑在正辛醇和水中的分配系數(shù) 。這大大推動(dòng)了手性藥物拆分的研究和生產(chǎn)應(yīng)用。 但在反應(yīng)過程中使用過量的甲醇，而使后處理過程變得較為繁雜。 （ 5） 具有良好的燃料性能。 水活度或水含量的增加會(huì)導(dǎo)致酶催化反應(yīng)中某種底物 Km值的變化。 有機(jī)溶劑中酶的失水與溶劑的疏水參數(shù)（ LogP）和介電常數(shù)有關(guān)，與系統(tǒng)中底物的極性、底物濃度和含水量均有關(guān)系。 ? 有機(jī)介質(zhì)中水的含量對(duì)酶催化反應(yīng)速度有顯著影響。 ? 例：醇脫氫酶催化烷醇氧化為醛，在水溶液中辛烷是最佳底物，再反向微團(tuán)包裹后則丁醇更快被氧化。 苯乙酸復(fù)合物模型中活性位點(diǎn)示意圖 圖 苯乙酸復(fù)合物模型中活性 位點(diǎn)示意圖 Scheme Environment of the active site in the phenylacetic acid plex. （ Jing, H. J. Mol. Catal. BEnzym., 2022, (11):4553.） The phenylacetic acid lig