酶的非水相催化ppt課件(編輯修改稿)
2025-02-04 05:54 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ? pH對水相中進行的酶促反應(yīng)有較大影響，但在有機相反應(yīng)體系中，很難直接測定。 ? 在非水相反應(yīng)中，酶所處的 pH環(huán)境與酶在直接干燥、凍干或吸附到載體之前的緩沖液的 pH相同，即酶對它所在的最后一個水溶液的 pH有記憶能力，從緩沖液中獲得的酶在微水體系中可以保持原先pH環(huán)境下的構(gòu)象，酶的可電離基團在一定的 pH中獲得某一電離狀態(tài)后，將它干燥或凍干后再加入到微水體系中，還會保持這一狀態(tài)，從而影響酶在有機相中的催化活性。 有機介質(zhì)中酶催化反應(yīng)的條件及其控制 ? 酶在有機介質(zhì)中可以催化多種反應(yīng)，主要包括：合成反應(yīng)、轉(zhuǎn)移反應(yīng)、醇解反應(yīng)、氨解反應(yīng)、異構(gòu)反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、裂合反應(yīng)等。 ? 主要應(yīng)控制的條件有 ? 水含量 ? 酶的種類和濃度 ? 底物的種類和濃度 ? 有機溶劑的種類 ? 溫度 ? pH ? 離子強度 本章 目錄 水含量對酶催化反應(yīng)的影響 ? 酶都溶于水，只有在一定量的水存在的條件下，酶分子才能進行催化反應(yīng)。所以酶在有機介質(zhì)中進行催化反應(yīng)時， 水是不可缺少的成分 之一。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)。 ? 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。水分子通過氫鍵、疏水作用、范德華力等維持酶分子構(gòu)象。 ? 在絕對無水的條件下，酶的空間構(gòu)象被破壞，酶將變性失活。 ? 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為必需水（ essential water） 。 ? 必需水與酶分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有密切關(guān)系。不同的酶所要求的必需水的量差別很大。 ? 有機介質(zhì)中水的含量對酶催化反應(yīng)速度有顯著影響。存在 最適水含量 。 ? 辛烷介質(zhì)中，酶分子糜蛋白酶只需 50分子水就可維持其活性；氯仿中，酶分子多酚氧化酶需要 *107水分子。 ? 無水條件下，酶分子表面的帶電基團和極性基團相互作用，使得酶構(gòu)象 “ 鎖定失活 ” 。即有機溶劑低介電常數(shù)使得蛋白質(zhì)基團之間更強的靜電作用。 ? 低于必需水的下限，酶構(gòu)象變化失活； ? 在水量增加情況下，酶也會因水分過多而活性降低。 ? 活性最大：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的動力學剛性和熱力學穩(wěn)定性(柔性 )之間達到最佳的平衡點。 ? 微水介質(zhì)體系中含水量 ? 在有機介質(zhì)中含有的水，主要有 2類 ? 一類，與酶分子緊密結(jié)合的水 ? 一類，溶解在有機溶劑中的游離水 ? 一般，最適含水量隨著溶劑極性的增加而增加。 ? 最佳含水量 ? 通常在有機溶劑中對于酶的催化活性存在一最佳含水量 ? 含水量低于最佳值時，酶的構(gòu)象過于剛性而無法表現(xiàn)催化活性；含水量高于最佳值時酶的結(jié)構(gòu)柔性較大，酶的構(gòu)象趨于向疏水環(huán)境中熱力學穩(wěn)定的狀態(tài)變化，導致酶結(jié)構(gòu)改變和失活。只有在最佳含水量時蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的動力學剛性和熱力學穩(wěn)定性之間達到最佳平衡點，酶才表現(xiàn)出最大活力。 有機溶劑對酶催化反應(yīng)的影響 ? 影響途徑有 3種： ? 1. 有機溶劑直接與酶作用，通過破壞酶蛋白活性構(gòu)象的氫鍵、疏水作用等，改變酶的構(gòu)象，從而抑制酶活或?qū)е旅甘Щ睿? ? 2. 影響酶反應(yīng)過程中的底物和產(chǎn)物的擴散，從而間接影響酶活性，改變反應(yīng)平衡點，可進行在線分離，分出產(chǎn)物或不需要的副產(chǎn)物，使平衡朝所期望的方向移動。 本章 目錄 ? 3. 直接與酶分子周圍的水相互作用。 ? 因而在微水體系中，強極性有機溶劑往往對酶的催化活性不利，因為會奪取酶表面的必需水，破壞酶構(gòu)象。 ? 所以選擇有機溶劑應(yīng)有一定的疏水性。如酶在丁醇和十六烷活性不同，后者更穩(wěn)定。 ? 有機溶劑極性的強弱可用疏水參數(shù) lgP表示。 ? P值指溶劑在正辛烷和水兩相中的分配系數(shù)。疏水參數(shù)越大，表明其疏水性越強。 ? 有機溶劑的選擇 ? 選擇要適當。極性過強 (lgP2)的溶劑，會奪取較多的酶分子表面結(jié)合水，影響酶分子的結(jié)構(gòu)，并使疏水性底物的溶解度降低，從而降低酶反應(yīng)速度； ? 極性過弱 (lgP5)的溶劑，對必需水奪取少，疏水性底物溶解度也高，但底物難于進入酶分子的必須水層，催化反應(yīng)速度也不高。 ? 選用 2lgP5的溶劑作為催化反應(yīng)介質(zhì)。 ? 水有機溶劑有甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、甘油、丙酮、乙腈等 ? 水不溶性有機溶劑：石油醚、乙醚、戊醚、辛烷，正己烷，苯，吡啶，季丁醇，丙醇，已酯，二氯甲烷等。 酶的種類和濃度 ? 酶種類：依據(jù)反應(yīng)的類型，如：脂肪酶、蛋白酶、氧化酶等 ? 酶形式的選擇：冷凍干燥的酶粉、固定化酶、結(jié)晶酶、酶與大分子物質(zhì)的復合物等 ? 使用載體對酶固定化，所選擇載體對酶的微水環(huán)境影響盡可能小。如果酶基本存在于載體表面，則疏水性載體對酶的固定化有利。 ? 隨著載體親水性增強，酶的催
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