酶的非水相催化(2)-展示頁
2025-01-15 09:42本頁面
【正文】 中 ， 特別是在有機介質(zhì)中酶催化作用的運用研究 ，利用酶在有機介質(zhì)中的催化作用進行多肽 、 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 。 近 20年來 ， 酶在非水相介質(zhì) ， 特別是有機介質(zhì)中的催化反應(yīng)受到重視 ， 發(fā)展很快 。 人們對有機介質(zhì)中酶的催化作用進行了許多研究表明酯酶 、 脂肪酶 、 蛋白酶 、 纖維素酶 、 淀粉酶等水解酶 ，過氧化氫酶 、 過氧化物酶 、 醇脫氫酶 、 膽固醇氧化酶 、多酚氧化酶 、 細胞色素氧化酶等氧化還原酶以及醛縮酶等轉(zhuǎn)移酶中的十幾種酶都可以在適當?shù)挠袡C溶劑中起催化作用 。 這些結(jié)果表明 ， 只要條件適合 ， 酶可以在有機介質(zhì)催化疏水性底物進行反應(yīng)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物 。 是否存在非水介質(zhì)能保證酶催化？？ 1984年，克利巴諾夫（ Klibanov）等人在有機介質(zhì)中進行了酶催化反應(yīng)的研究，他們成功地在利用酶有機介質(zhì)中的催化作用，獲得酯類、肽類、手性醇等多種有機化合物，明確指出酶可以在水與有機溶劑的互溶體系中進行催化反應(yīng) 。因為許多有機化合物 (底物 )在水介質(zhì)中難溶或不溶。Chapter 10 Enzymatic catalysis in Nonaqueous system 酶的非水相催化 水是酶促反應(yīng)最常用的反應(yīng)介質(zhì)。 但對于大多數(shù)有機化合物來說，水并不是一種適宜的溶劑。 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。 1984年 ， 克立巴諾夫等人在有機介質(zhì)中進行了酶催化反應(yīng)的研究 ， 他們成功的利用酶在有機介質(zhì)中的催化作用 ， 獲得酯類 、 肽類 、 手性醇等多種有機化合物 ， 明確指出酶可以在水與有機溶劑的互溶體系中進行催化反應(yīng)；也可以在水和有機溶劑組成的雙液相體系中進行催化反應(yīng)；還可以在只含有微量水的有機溶劑 ， 又稱微水介質(zhì)中進行催化反應(yīng) 。 使酶在非水介質(zhì)中的催化作用研究取得了突破性的進展 。 而且酶在有機介質(zhì)中的熱穩(wěn)定比在水溶液中顯著提高 。 在理論上進行了非水相介質(zhì)中酶的結(jié)構(gòu)和功非水介質(zhì)中酶的作用機制 ，非水相介質(zhì)中酶催化作用動力學等方面的研究 ， 初步建立起非水酶學的理論體系 。 Contents of chapter 10 非水介質(zhì)酶學基礎(chǔ) 非水介質(zhì)體系與非水相生物酶學特點 非水介質(zhì)中酶的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 水在酶催化反應(yīng)中的作用 有機溶劑對酶催化反應(yīng)的影響 有機溶劑對酶促反應(yīng)動力的的影響 非水介質(zhì)中酶催化反應(yīng)與應(yīng)用 非水介質(zhì)酶基礎(chǔ) 非水介質(zhì)體系與非水相生物酶學的特點 有機溶劑系統(tǒng) (anic solvents) 超臨界流體體系 (supercritical fluids) 氣相體系 (gases) 低共熔混合體系 (eutectic mixtures) 生物催化反應(yīng)的非水介質(zhì)體系： （ 1）水不互溶有機溶劑單向體系 有機溶劑單向體系是指用水不互溶的有機溶劑取代幾乎所有的水 ， 即有機溶劑含量 》 98%， 有機溶劑中含有微量水 《 2%， 固相酶分散在單項的有機溶劑中形成顆粒 。 （ 2）水互溶有機溶劑單相體系 水互溶有機溶劑單相體系是指由水和與水互溶的有機溶劑組成的反應(yīng)體系 ， 酶 、 底物 、 產(chǎn)物均勻溶解于該體系中 。 有些酶在水 有機溶劑單相體系中反應(yīng)選擇性會增加 。底物和產(chǎn)物溶解于有機相中，酶溶解于水相中，有機相一般為非極性的、親脂性的溶劑。 （ 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溶劑體系。 ? 反膠束體系： ? 是表面活性劑分散于連續(xù)有機相中自發(fā)形成的納米尺度的一種聚集體。 反膠束體系的制備 （ 5）超臨界流體體系 除了親脂性有機溶劑外 ， 超臨界氣體 ， 如二氧化碳 、氟利昂湖泊無機化合物等都可以作為酶催化親脂性底物的溶劑 ， 酶在這些溶劑中就像在親脂性有機溶劑中一樣穩(wěn)定 。 （ 6）低共熔混合體系 低共熔酶促反應(yīng)是繼有機相沒促反應(yīng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新的酶促反應(yīng)技術(shù) 。 反應(yīng)體積小 ， 還可以大大降低產(chǎn)物分離提純的成本 。 另外 ， 應(yīng)用傅立葉變換紅外光譜 （ FTIR） 和環(huán)境掃描電鏡 （ ESEM） 等其他手段對在有機溶劑和水溶液中酶蛋白的結(jié)構(gòu)和酶活性進行比較研究后也都發(fā)現(xiàn)： 在不同介質(zhì)中酶分子活性中心的改變不大 ，而酶分子結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化可能是引起酶活性變化的主要原因 。 苯乙酸復(fù)合物模型中活性位點示意圖 圖 苯乙酸復(fù)合物模型中活性 位點示意圖 Scheme Environment of the active site in the phenylacetic acid plex. （ Jing, H. J. Mol. Catal. BEnzym., 2022, (11):4553.） The phenylacetic acid ligand is shown as a ball and stick representation, with the important residues in the binding site highlighted as liquorice. The mesh represents a solventaccessibility surface for the protein calculated using a 1radius probe. PGSO結(jié)合活性位點的電子云密度圖 圖 PGSO結(jié)合活性位點的電子云密度圖 Scheme Stereoview of the electron density map of PGSO bound in the active site of WTPGSO. （ Ren, . J. Mol. Catal. BEnzym., 2022, (18):311） 酶在水溶液中以一定的
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