酶的非水相催化(2)(編輯修改稿)
2025-02-02 09:42 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 團(tuán)效應(yīng)使某些酶活性增加 ? 超活性：凡是高于水溶液中所得酶活性值的活性稱(chēng)為超活性（ Superactivity）。 ? 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。 超活性產(chǎn)生機(jī)理 （ 2）酶的特異性 當(dāng)一種溶劑轉(zhuǎn)入另一種溶劑時(shí) ， 酶的特異性發(fā)生了改變 。 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 。 底物選擇性 底物選擇性 （ substrate selectivity） 是指酶具有區(qū)分兩個(gè)結(jié)構(gòu)相似的不同底物的能力 。 它取決于底物疏水性能的差異 。 在有機(jī)相中有機(jī)溶劑取代了水后情況就大不相同 ， 因?yàn)榈孜锱c酶之間的疏水作用不重要了 。 溶劑的改變會(huì)引起底物在水與有機(jī)溶劑兩相分配系數(shù)的改變 ， 從而導(dǎo)致在有機(jī)溶劑中底物專(zhuān)一性的改變 。 ? 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。 ? 有些在水中不能實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)途徑，在有機(jī)介質(zhì)中卻成為主導(dǎo)反應(yīng)。 立體選擇性 從有機(jī)合成的角度看最有價(jià)值的酶的特異性是立體選擇特異性 （ stereoselectivity） ， 尤其是對(duì)映體特異性 （ enantioselectivity） 和潛手性選擇性 （ prochiral selecftivity） 。 有機(jī)溶劑能夠改變酶的對(duì)映體特異性和潛手性特異性 。 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(guò)溶劑來(lái)進(jìn)行控制 。 酶可以選擇性地催化底物中某個(gè)區(qū)域的基團(tuán)反應(yīng) ， 稱(chēng)為位置特異性 （ regioselectivity） 。 化學(xué)鍵特異性 （ chemoselectivity） 是指酶選擇性地催化底物分子中不同功能基團(tuán)中某個(gè)基團(tuán)反應(yīng) ， 與傳統(tǒng)的化學(xué)催化所不同的是這個(gè)選擇性可以在沒(méi)有基團(tuán)保護(hù)下進(jìn)行催化反應(yīng) 。 （ 3）其他特性 1）分子記憶 2） pH記憶和離子強(qiáng)度 有機(jī)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(jī)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(wú)水有機(jī)溶劑中仍可保持，并且酶通過(guò)氫鍵能特異地結(jié)合該配體，這種方法叫生物印跡。 利用酶與配體的相互作用，誘導(dǎo)、改變酶的構(gòu)象，制備具有結(jié)合該配體及其類(lèi)似物能力的新酶稱(chēng)為生物印跡酶。 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)。所以酶在有機(jī)介質(zhì)中進(jìn)行催化反應(yīng)時(shí)， 水是不可缺少的成分 之一。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)。 ? 酶分子只有在空間構(gòu)象完整的狀態(tài)下，才具有催化功能。在無(wú)水的條件下，酶的空間構(gòu)象被破壞，酶將變性失活。故此，酶分子需要一層水化層，以維持其完整的空間構(gòu)象。 維持酶分子完整的空間構(gòu)象所必需的最低水量稱(chēng)為必需水（ essential water） 。 ? 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。存在 最適水含量 。 必需水 ? 概念： ? 緊緊吸附在酶分子表面，維持酶催化活性所必需的最少量水。 干燥的酶水合過(guò)程： ? （ 1） 與酶分子表面帶電基團(tuán)結(jié)合達(dá)到 （水/酶） ? （ 2） 與表面的極性基團(tuán)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。 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。該參數(shù)直接反應(yīng)酶分子上水分的多少，與體系中水含量及所用溶劑無(wú)關(guān)。 在有機(jī)反應(yīng)體系中控制水活度的方法 ，在一定溫度壓力下建立平衡 有機(jī)溶劑對(duì)酶催化反應(yīng)的影響 ? 常用的有機(jī)溶劑有辛烷，正己烷，苯，吡啶，季丁醇，丙醇，乙腈，已酯，二氯甲烷等。 ? 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)。在有機(jī)溶劑中，酶分子不能直接溶解，而是懸浮在溶劑中進(jìn)行催化反應(yīng)。 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 。 ? 極性較強(qiáng)的有機(jī)溶劑，如甲醇，乙醇等，會(huì)奪取酶分子的結(jié)合水，影響酶分子微環(huán)境的水化層，從而降低酶的催化活性 ,甚至引起酶的變性失活。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(guò)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 。 ? 有機(jī)溶劑與水之間的極性不同，在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)影響 底物和產(chǎn)物的分配 ，從而影響酶的催化反應(yīng)。 1
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