酶的非水相催化(2)-文庫吧資料
2025-01-12 09:42本頁面
【正文】 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)象除去配體后在無水有機(jī)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。 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) ， 稱為位置特異性 （ regioselectivity） 。 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 。 ? 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)。 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)溶劑中底物專一性的改變 。 它取決于底物疏水性能的差異 。 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 。 ? 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。 某些酶在有機(jī)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(jī)溶劑直接作用于酶 ? （ 2） 有些酶的活性會(huì)隨著某些有機(jī)溶劑濃度升高而增大，在某一濃度（最適濃度）達(dá)到最大值；若濃度再升高，則活性下降。 在這兩種情況下 ， 水通過對(duì) Asn/Gln殘基脫氨和肽鍵的水解對(duì)蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象變化運(yùn)動(dòng)起關(guān)鍵作用 。 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(huì)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(xué)鍵選擇性等 。 緊密狀態(tài)主要取決于蛋白質(zhì)分子內(nèi)的氫鍵 ， 而溶液中水分子與蛋白質(zhì)的功能集團(tuán)之間所形成的氫鍵使蛋白質(zhì)分子內(nèi)氫鍵受到一定的破壞后 ， 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變得松散而呈一種 “ 開啟 ” （ unlocking） 狀態(tài) 。 ? 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)域具有一定的可運(yùn)動(dòng)性。 非水相生物酶促反應(yīng)的特點(diǎn) 1. 可以將加水分解反應(yīng)轉(zhuǎn)為其逆反應(yīng) 2. 熱穩(wěn)定性比水中要高 3. 改變酶對(duì)底物的轉(zhuǎn)移性 4. 從低沸點(diǎn)的溶劑中可以容易地分離純化產(chǎn)物 5. 能抑制依賴于水的某些不利反應(yīng) 6. 沒有微生物的污染 7. 固定化酶方法簡單，在非水系統(tǒng)中酶不易脫離吸附的表面 非水介質(zhì)中酶的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 1．非水介質(zhì)中酶的結(jié)構(gòu) 采用 X線衍射技術(shù)比較枯草桿菌蛋白酶結(jié)晶結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)變化很小 、 活性保持完整 ， 用固態(tài) N磁共振 （ solidNMR）對(duì)溶菌酶活性部位組氨酸 N標(biāo)記在丙酮和水中化學(xué)位移研究結(jié)果相同 ， 用電子順磁共振 （ EPR） 技術(shù)證明在有機(jī)溶劑中乙醇脫氫酶保持天然的構(gòu)象 。 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 。 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 。反膠束溶液是透明的熱力學(xué)穩(wěn)定的系統(tǒng)。表面活性劑分子式有疏水性尾部和親水性頭部兩部分組成，在含水的有機(jī)溶劑中，它們疏水性基團(tuán)與有機(jī)溶劑接觸，而親水性頭部形成極性內(nèi)核，從而組成一個(gè)反相膠束，水分子聚集在反相膠束內(nèi)核中形成小水池，里面容納了酶分子。在空間上酶與有機(jī)溶劑的分離可保證酶不直接與有機(jī)溶劑接觸而處于事宜的水相環(huán)境中，水相中有限的有機(jī)溶劑會(huì)大大降低對(duì)酶的抑制作用，同時(shí)，反應(yīng)中產(chǎn)物 及時(shí)轉(zhuǎn)移將促進(jìn)反應(yīng)有利于產(chǎn)物生成的方向進(jìn)行。 （ 3）水 有機(jī)溶劑兩相體系 水 有機(jī)溶劑兩相體系是指由水相和非極性有機(jī)溶劑相組成的宏觀上分相的反應(yīng)體系。 這種反應(yīng)體系主要適用于在單一水溶液中溶解度很低 、 反應(yīng)速度也很慢的親脂性底物的生物轉(zhuǎn)化 。 雖然宏觀地看在此體系中酶是干的狀態(tài) ， 但是其表面必須有能保證酶的催化活性的殘余的結(jié)合水 。 并進(jìn)行了非水介質(zhì)
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