酶的非水相催化(2)(參考版)
2025-01-09 09:42本頁(yè)面
【正文】 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。 條件溫和，醇用量小、無(wú)污染排放。 能耗高；色澤深，在高溫下容易變質(zhì)；酯化產(chǎn)物難于回收；生產(chǎn)過(guò)程有廢堿液排放。 反應(yīng)時(shí)間短，成本低。 （ 6） 具有可再生性能。 （ 4） 具有較好的安全性能。 生物油脂的來(lái)源：菜子油，豆油，椰子油，棕櫚油、蓖麻油、棉籽油，葵花籽 油，廢食用油等 優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 具有良好的環(huán)境屬性 （ 2） 具有較好的低溫發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能。 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(guò)酯交換反應(yīng)而得到的脂肪酸酯類物質(zhì)。 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。 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(jī)溶劑有機(jī)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。目前提出注冊(cè)申請(qǐng)和正在開(kāi)發(fā)的手性藥物中，單一對(duì)映體藥物占絕大多數(shù)。許多國(guó)家和地區(qū)也都制定了有關(guān)手性藥物的政策和法規(guī)。 非水介質(zhì)中酶催化的主要影響因素 有機(jī)介質(zhì)中酶催化反應(yīng)的條件及其控制 ? 酶在有機(jī)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。 底物與有機(jī)溶劑相互作用的越緊 ， 酶的活性位點(diǎn)與底物的結(jié)合越不利 。 非水相體系對(duì)酶反應(yīng)速度的影響 （ 1）底物、產(chǎn)物和其他效應(yīng)物在載體之間的遷移擴(kuò)散速度受到限制 （ 2）由于載體的疏水親水及電荷性質(zhì)使固定化酶的微環(huán)境與宏觀反應(yīng)體系不同 （ 3）若使用固定化酶，酶分子在固定化過(guò)程中的扭曲影響三維構(gòu)象 2. 有機(jī)溶劑如何影響表觀米氏常數(shù) 首先 ， 酶活性位點(diǎn)與底物結(jié)合 ， 包括底物脫溶劑過(guò)程 。 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(guò)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(guò)程、機(jī)制與常規(guī)情況相同，復(fù)合米氏方程、乒乓機(jī)制。 （ 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。 （ 2）有機(jī)溶劑對(duì)酶結(jié)構(gòu)、活性中心的影響 盡管在有機(jī)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(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu) 、 表面結(jié)構(gòu)和活性中心發(fā)生了變化 。 LogP越大 ， 溶劑的疏水性越強(qiáng) ， LogP越小 ， 溶劑的親水性越強(qiáng) 。 最常用 、 最可靠的方法是：用有機(jī)溶劑極性參數(shù) LogP描述有機(jī)溶劑的極性與酶活力之間的關(guān)系 。 2. 有機(jī)溶劑對(duì)底物和產(chǎn)物的影響 從微觀上看，酶催化反應(yīng)過(guò)程中，底物分子必須首先從有機(jī)溶劑中進(jìn)入酶蛋白的必需水層中，與酶形成底物酶復(fù)合物后進(jìn)行酶促反應(yīng)，反應(yīng)后產(chǎn)物從水層中移出再進(jìn)入有機(jī)相。 ? 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 。 1. 有機(jī)溶劑對(duì)酶必需水的影響 ? 有機(jī)溶劑可以通過(guò)作用于酶分子水合的水分子而 直接影響酶的結(jié)構(gòu)與功能 。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 。 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 。 ? 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)。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)。 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。存在 最適水含量 。 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） 。在無(wú)水的條件下，酶的空間構(gòu)象被破壞，酶將變性失活。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)。 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)。 （ 3）其他特性 1）分子記
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