第七章 非水介质酶反应考试ppt课件.ppt

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1、非水介质的酶促反应有机相酶反应的优点：1．有利于疏水性底物的反应，能催化在水中不能进行的反应2．可提高酶的热稳定性.3．可改变反应平衡移动方向可控制底物专一性5.酶和产物易于回收。6.可避免微生物污染。非水介质的组成有机溶剂超临界流体气相介质低共熔混合体系：两种或多种固体化合物混合而得到的具有一个最低共熔点的状态。热点：介质工程、溶剂工程改变反应介质来改变酶催化反应的选择性，从而达到人为的改变和控制酶的立体专一性。有机介质反应体系微水介质体系水与水溶性有机溶剂组成的均一体系水与水不溶性有机溶剂组成的两相或多相体系正胶束体系反胶束体系是由有机

2、溶剂和微量的水组成的反应体系微量的水主要是酶分子的结合水酶以冻干粉或固定化的形式存在1微水介质体系2水与水溶性有机溶剂组成均一体系水和有机溶剂互相混溶均一体系酶和底物都以溶解的状态3水与水不溶性有机溶剂组成的两相或多相体系水和疏水性较强的有机溶剂组成催化反应在两相界面进行4正胶束体系表面活性剂：表面活性剂是由亲水憎油的极性基团和亲油憎水的非极性基团两部分组成的两性分子。在有机相酶反应中用得最多的是阴离子表面活性剂：AOT(AerosolOT)，其化学名为丁二酸-2-乙基酯磺酸钠。4正胶束体系临胶束浓度：是胶束形成时所需表面活性剂的最低浓度，

3、用CMC来表示。CMC的数值可通过测定各种物理性质的突变（如表面张力、渗透压等）来确定。4正胶束体系概念：是表面活性剂分散于连续有机相中自发形成的纳米尺度的一种聚集体。胶束溶液是透明的热力学稳定的系统。4正胶束体系酶在胶束外的水溶液中疏水性的底物或产物在胶束内部反应在两相界面进行5反胶束体系将表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中，并使其浓度超过临界胶束浓度（CMC），便会在有机溶剂内形成聚集体，这种聚集体则为反胶束。5反胶束形成的影响因素反胶束的尺寸和形状随表面活性剂-溶剂系统的变化而变化，同时也受温度、压力、离子强度的影响。反胶束的大小取决于

4、反胶束的含水量Wo。Wo的定义为反胶束中水分子数与表面活性剂分子数之比，也即有机溶剂中水的摩尔浓度与表面活性剂的摩尔浓度之比。5反胶束体系AOT和CTAB酶分子在反胶束内部提供了巨大的相界面积反胶束体系中含水量是影响酶活性的关键因素既能为反应物和产物提供有机相，又能为酶分子维持其活性提供稳定的微环境基本原理：“水壳”模型反胶束系统中的水通常可分为结合水和自由水。结合水是指位于反胶束内部形成水池的那部分水自由水即为存在于水相中的那部分水5反胶束体系“水壳”模型水壳模型很好地解释了蛋白质在反胶束内的状况，其间接证据较多。1.从弹性光散射的研究证

5、实在蛋白质分子周围至少存在一个单分子的水层。2.α-糜蛋白酶在反胶束中的荧光特性与在主体水中的特性很相象。3.反胶束中酶显示的动力学特性接近于在主体水中的特性。一水对微水介质中酶催化的影响猪胰脂肪催化甘油三丁酸酯和正庚醇的转酯反应1水的作用必需水：紧紧吸附在酶分子表面，维持酶催化活性所必需的最少量水称为必需水2．酶活与水的关系水分子直接或间接地通过氢键、疏水键及范德华力等非共价键相互作用来维持酶的催化活性所必需的构象。酶活最大时——蛋白质结构的动力学刚性和热力学稳定性（柔性）之间达到最佳平衡点。“刚柔并济”3．影响酶必需水含量的因素（酶和溶

6、剂）a．不同酶需水量不同在辛烷中糜蛋白酶催化仅需吸附50个水分子，而脂肪酶仅需几个水分子就可显示出活性。b.同一种酶在不同有机溶剂中最适反应需水量不同溶剂疏水性越强，需水量越少。4．表征必需水作用的参数---热力学水活度水活度（wateractivity)：指特定的温度和压力条件下，反应体系中水的摩尔分数Xw与水活度系数гw的乘积：аw=гw*Xw水活度系数гw是溶剂疏水性的函数，溶剂疏水性越大，гw越大。水活度的大小直接反应出酶分子上结合水分的多少，与体系中含水量及所用溶液无关。аw是一个强质性质的物理量，在平衡状态时，反应体系中各组分（

7、酶、溶剂、底物和产物）的аw是相同的。研究水活度的意义：1最佳水活度与溶剂的极性几乎无关，大约在0.55左右2可以排除溶剂对最适含水量的影响3水活度可由反应体系中水的蒸汽压除以在相同条件下纯水的蒸汽压而测得。Aw=p/p0获得恒定水活度的方法：1用一个饱和盐水溶液分别预平衡底物溶液和酶制剂。2向反应体系中直接加一种水合盐3向每一溶剂中加入不同量的水二有机溶剂对微水介质中酶催化的影响1有机溶剂对酶结构的影响：(1）有机溶剂能通过直接与酶相互作用起抑制或失活A增大酶反应的活化能来降低酶反应速度B降低中心内部极性并加强底物与酶之间形成的氢键，使酶

8、活性下降。C酶三级结构变化，间接改变酶活性中心结构影响失活1．有机溶剂对酶结构的影响（2）有机溶剂与扩散的底物或产物相互作用而影响酶活（3）有机溶剂直接与酶附近的必需水相互作用。