酶的非水相催化(2)-在線瀏覽
2025-02-23 09:42本頁面
【正文】 構(gòu)象的三級結(jié)構(gòu)狀態(tài)存在 ， 這種結(jié)構(gòu)與構(gòu)象是酶發(fā)揮催化功能所必須的 “ 緊密 ” （ pact） ， 又有 “ 柔性 ” （ flexibility） 的狀態(tài) 。 Zacs認(rèn)為酶在疏水 （ 1%） 的有機(jī)溶劑 ， 與蛋白質(zhì)分子形成分子間氫鍵的水分子極少 ， 此時蛋白質(zhì)分子內(nèi)氫鍵起主要作用 ， 蛋白質(zhì)變得 “ 剛硬 ” （ rigidity） ， 活動的自由度的變小 ， 限制了疏水環(huán)境下的蛋白質(zhì)構(gòu)象像熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化 ， 能夠維持著和水溶液中同樣的結(jié)構(gòu)與構(gòu)象 ， 不變形而且還能表現(xiàn)出催化活性 。 （ 1）熱力學(xué)穩(wěn)定性 酶的熱不穩(wěn)定性分為兩種情況：一種是當(dāng)酶處于高溫中隨著時間延長逐步發(fā)生的不可逆的失去活性；另一種是由熱誘導(dǎo)產(chǎn)生的酶分子整體伸展失活 ， 這種通常是瞬時的 、 可逆的失活 。 ? 在低水有機(jī)溶劑體系中 ， 酶的穩(wěn)定性與含水量密切相關(guān)；一般在低于臨界含水量范圍內(nèi) ， 酶很穩(wěn)定；含水量超出臨界含水量后酶穩(wěn)定性隨含水量的增加而急劇下降 。 單相共溶劑體系中，有機(jī)溶劑對酶活性影響 低水有機(jī)溶劑體系中，大部分酶活性得以保存，但也有某些酶活性亦變化 ? 例：有人對吸附在不同載體上的胰凝乳蛋白酶或乙酸脫氫酶在各種水濃度下的酶活性研究表明，酶活性隨水活度大小而變化，在一定水活度下，酶活性隨載體不同而變化 反向微團(tuán)體系中，微團(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為超活性（ Superactivity）。 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 ， 酶的特異性發(fā)生了改變 。 底物選擇性 底物選擇性 （ substrate selectivity） 是指酶具有區(qū)分兩個結(jié)構(gòu)相似的不同底物的能力 。 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 。 ? 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。 立體選擇性 從有機(jī)合成的角度看最有價值的酶的特異性是立體選擇特異性 （ stereoselectivity） ， 尤其是對映體特異性 （ enantioselectivity） 和潛手性選擇性 （ prochiral selecftivity） 。 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溶劑來進(jìn)行控制 。 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)中某個基團(tuán)反應(yīng) ， 與傳統(tǒng)的化學(xué)催化所不同的是這個選擇性可以在沒有基團(tuán)保護(hù)下進(jìn)行催化反應(yīng) 。 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)合該配體及其類似物能力的新酶稱為生物印跡酶。所以酶在有機(jī)介質(zhì)中進(jìn)行催化反應(yīng)時， 水是不可缺少的成分 之一。 ? 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。故此，酶分子需要一層水化層，以維持其完整的空間構(gòu)象。 ? 有機(jī)介質(zhì)中水的含量對酶催化反應(yīng)速度有顯著影響。 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。 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。 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)。 ? 極性較強(qiáng)的有機(jī)溶劑，如甲醇，乙醇等，會奪取酶分子的結(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。 ? 有機(jī)溶劑與水之間的極性不同，在反應(yīng)過程中會影響 底物和產(chǎn)物的分配 ，從而影響酶的催化反應(yīng)。 ? 極性弱的溶劑對酶的必需水影響較少 ， 強(qiáng)極性溶劑能夠溶解大量的水 ， 從而從酶表面奪取維持酶催化結(jié)構(gòu)與功能所必需的水 。 有機(jī)溶劑中酶的失水與溶劑的疏水參數(shù)（ LogP）和介電常數(shù)有關(guān)，與系統(tǒng)中底物的極性、底物濃度和含水量均有關(guān)系。 3. 有機(jī)溶劑對酶的影響 （ 1）溶劑的極性 相同的酶在不同的有機(jī)溶劑中酶活力的不同說明 ， 有機(jī)溶劑的性質(zhì)與酶活力之間存在著一定的規(guī)律 。 P值為某溶劑在正辛醇和水中的分配系數(shù) 。 logP混合 =X1 ?logP1+X2? logP2 Laane規(guī)律 ? 并不是所有的情況都符合 Laane等人提出的規(guī)律。 與有機(jī)溶劑對酶分子的動態(tài)結(jié)構(gòu) 、 表面結(jié)構(gòu)相比 ，對酶的活性中心影響所引起催化功能的改變更加敏感和重要 。 2）有機(jī)溶劑對酶選擇性的調(diào)節(jié) ? 同一種酶在不同溶劑中，對映體的選擇性也有不少差異。 ? Klibanov采用同位素標(biāo)記底物的方法證明枯草芽孢桿菌蛋白酶催化過程的過渡態(tài)與反應(yīng)介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。 還應(yīng)包括酶活性位點(diǎn)上有機(jī)溶劑的脫離 。 水活度或水含量的增加會導(dǎo)致酶催化反應(yīng)中某種底物 Km值的變化。 ? 主要應(yīng)控制的條件有 ? 酶的種類和濃度 ? 底物的種類和濃度 ? 有機(jī)溶劑的種類 ? 水含量 ? 溫度 ? pH ? 離子強(qiáng)度 本章 目錄 非水介質(zhì)中酶催化反應(yīng)的應(yīng)用 酶 催化反應(yīng) 應(yīng)用 脂肪酶 肽合成 青霉素 G前體肽合成 酯合成 醇與有機(jī)酸合成酯類 轉(zhuǎn)酯
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