次课第6章酶的非水相催化

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1、Chapter6EnzymaticcatalysisinNon-aqueoussystem酶的非水相催化观念的改变有关酶的催化理论是基于酶在水溶液中的催化反应建立起来的。近年来，进行了非水介质的酶结构与功能、酶作用机制、酶作用动力学的研究，建立起非水酶学（non-aqueousenzymology)。观念的改变新酶促反应体系的发现,拓宽了酶催化反应的应用范围,使酶法合成逐步发展成为与化学法合成相互补充的合成方法;Margolin等研究了在无水吡啶中以枯草杆菌蛋白酶为催化剂的选择性酰化反应该反应可以得到1位选择性酰化产物;传统的化学法是无法区分这些二级羟基的,显示了酶法合成

2、的优越性.非水溶剂（有机介质）中酶催化的研究20世纪初，Bourquelot等人，将微量乙醇、丙酮类有机溶剂加到酶的水溶液中，酶有活性，但比水溶液中低得多1966年以来，Dostoli和Siegel分别报道胰凝乳蛋白酶和辣根过氧化物酶在几种非极性有机溶剂中具有催化活力1975-1983年，Buckland和Martinek等探讨了微生物细胞、游离酶和固定化酶在有机溶剂中合成脂和类固醇及缁醇转化1984年Klibanov在《Science》上发表关于酶在有机介质中催化条件和特点的综述，标志着该领域的研究取得突破性进展酶在有机介质中的催化的确立1984年美国KlibanovA.

3、M.在Science上发表了一篇关于酶在有机介质中催化条件和特点的综述，在仅含微量水的有机介质中成功酶促合成了酯、肽、手性醇等许多有机化合物。KlibanovA.M.结论：只要条件合适，酶可在非生物体系的疏水介质中催化天然或非天然的疏水性底物和产物的转化，酶可在水与有机剂互溶体系、水与有机剂量组成的双液相体系、仅含微量水或几乎无水的有机剂中表现出催化活性。为什么酶在有机溶剂中表现出催化活性？通过酶在水相和有机相中的结构比较，证实了在有机相中酶能够保持其整体结构的完整性，至少是酶活性部位与水溶液中的结构是相同的。不同介质中酶活性中心的完整性相差不大，但酶活力却相差4个数量级。

4、因此认为酶分子结构的动态变化很可能是主要因素.北口博司认为酶分子的“紧密”和“开启”两种状态处于一种可动平衡中，表现出一定柔性。有机溶剂中酶分子和水合作用、蛋白质柔性和酶活力之间和关系比过去的认识要复杂得多。酶结合水酶水或有机剂第一节酶非水相催化的研究概况受非水介质的影响，其催化特性与在水相中不同酶的非水相催化类型主要包括:一、有机介质的酶催化；二、气相介质的酶催化；三、超临界流体介质中的酶催化；四、离子液介质中的酶催化go有机介质的酶催化指酶在含有一定水的有机溶剂中进行催化反应;适用范围:底物或产物或其一为疏水性物质的酶催化作用;原因:酶在有机相中能保持结构的完整;特性:

5、酶的底物特异性、立体选择性、区域选择性、键选择性、热稳定性等有所改变；应用：多肽、酯类、甾体转化、功能高分子合成、手性药物拆分的研究。如多酚氧化酶催化酚类物质的氧化反应：水果、蔬菜的褐变就是由于果蔬类中含酚类物质和多酚氧化酶，破损时与氧气接触，发生上述反应而变为褐色。因此，在水相中无法得到邻醌类化合物或邻酚类物质；但在氯仿中酶催化反应生成的邻醌类化合物不易发生聚合，从而可得到邻醌类化合物。因此研究非水相酶催化反应很有必要。气相介质的酶催化指酶在气相介质中进行催化反应；适用范围：底物是气体或能转化为气体的物质；特性：气体介质密度低，扩散容易；与在水相中明显不同；有优于液相反应

6、的优点：某些酶在液相中使用受到一定的限制，如酶和辅酶的操作不稳定性，底物及产物的不溶性和酶的活性被产物抑制等，而气相中的反应就可以克服这些缺点，而且气相中的酶促反应更利于易挥发性产品的生产；Hwang等研究了固定化醇氧化酶在气相中的催化反应生物酶用于气相催化不适用于糖氨基酸等不易挥发的底物但它将来可用于某些易挥发产品的工业生产以及有害气体的分析和处理Back超临界流体介质中的酶催化酶在超临界流体中进行催化反应；超临界流体指温度和压力超过临界点的流体；supercritical状态，简称SC状态；由于黏度、介电常数、扩散系数和溶解能力都与密度有关，因此可以方便地通过调节压力来

7、控制超临界流体的物理化学性质。与常用的有机溶剂相比，超临界流体特别是SCCO２、SCH2O还是一种环境友好的溶剂。要求：超临界流体对酶结构无破坏；具良好化学稳定性；温度不可太高太低；压力不可太高；易获得等。常用的超临界流体有：CO2,SO2C2H4,C2H6C3H8C4H10等。优点：1)与水相比较，脂溶性反应物和产物可溶于超临界CO２中，而酶作为蛋白质不溶解，有利于三者的分离；2)产品回收时，不需要处理大量的稀水溶液，可解决环境污染问题；3)与有机溶剂体系相比，CO２无毒，不燃烧、廉价、无有机溶剂残留之虞；4)C