第七章 非水介质中酶的催化反应ppt课件.ppt

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1、酶工程第七章酶的非水相催化主要内容非水酶学概述1非水介质中酶的结构与性质2水的作用及其调控有机溶剂的影响345酶非水相催化的应用第一节非水酶学概述一、非水相酶学研究简史水是酶促反应最常用的介质传统观点认为酶只能在水溶液中发挥作用，酶一旦与有机溶剂接触，就失去活性。水作为反应介质有一定的缺陷7/29/20214第7章酶的非水相催化对大多数有机化合物来说，水并不是适宜的溶剂；水的存在有利于某些副反应发生（水解、消旋化、聚合等）。一、非水相酶学研究简史20世纪初，Bourquelot等人，将微量乙醇、丙酮等有机溶剂加到酶的水溶液中，酶活性降低。1

2、966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类和类固醇及甾醇的转化。7/29/20215第7章酶的非水相催化一、非水相酶学研究简史酶在有机溶剂中能进行催化反应7/29/202161984年，克利巴诺夫（Klibanov）等人在有机介质中进行了酶催化反应的研究，他们成功地在利用酶有机介质中的催化作用，获得酯类、肽类、手性醇等多种有机化合物，明确指出酶可以在水与有机溶剂的

3、互溶体系中进行催化反应。标志着酶的非水相催化获得突破性进展结论只要条件合适，酶可在疏水介质中催化天然或非天然疏水性底物转化，酶可在水与有机溶剂互溶体系、水与有机溶剂组成的双液相体系、仅含微量水或几乎无水的有机溶剂中表现出催化活性。第7章酶的非水相催化二、非水相催化的特点和优势7/29/20217（1）提高疏水性底物的溶解度；（2）酶不溶于有机溶剂，易于回收再利用；（3）酶的热稳定性和储存稳定性增加；（4）改变反应平衡方向，催化水中不能进行的反应；（5）抑制依赖水的副反应的发生；（6）防止微生物污染；（7）低沸点的溶剂中，产物易于分离纯化第7

4、章酶的非水相催化三、非水相酶催化的主要类型7/29/20218（一）有机介质的酶催化（二）气相介质的酶催化（三）超临界流体中的酶催化（四）离子液体中的酶催化第7章酶的非水相催化（一）有机介质中的酶催化7/29/20219酶在含一定量水的有机溶剂中进行的催化反应。第7章酶的非水相催化微水有机溶剂体系水互溶有机溶剂单相体系水-有机溶剂两相体系正胶束、反胶束体系1、微水有机溶剂体系7/29/202110用疏水性有机溶剂取代几乎所有的水，保留部分水作为必需的结合水以保持酶的催化活性(含水量一般小于2%)。第7章酶的非水相催化酶以冻干粉或固定化酶的形

5、式悬浮于有机溶剂中，在悬浮状态下进行反应；有机溶剂通常为烷烃、芳香族化合物、卤代烃、醚等。2、水互溶有机溶剂单相体系7/29/202111由水和与水互溶的有机助溶剂（10%~20%）组成的反应体系。第7章酶的非水相催化酶、底物、产物均能溶解于该体系中；主要适用于在单一水溶液中溶解度很低、反应速度很慢的疏水性底物的生物转化；常用有机溶剂：二甲基亚砜（DMSO）、二甲基甲酰胺（DMF）、四氢呋喃（THF）、丙酮和低级醇等。3、水-有机溶剂两相体系7/29/202112由水和疏水性较强的有机溶剂组成的两相体系。疏水性底物和产物溶解于有机相中，酶溶

6、解于水相中，催化反应在两相界面进行。第7章酶的非水相催化选择适当的有机溶剂，适度调节水相中pH、盐浓度等，可控制反应物在两相中的分配，进而缓解均相系统中底物和产物的抑制；常用有机溶剂：烃类、醚、酯等。4、正胶束与反胶束体系7/29/202113正胶束体系：水为主体，表面活性剂的极性端朝外，非极性端朝内，酶在水相中，疏水性底物在正胶束内部的有机相中，反应在胶束两相界面进行反胶束体系：有机溶剂为主体，表面活性剂的极性端朝内，非极性端朝外，疏水性底物在有机相中，酶在反胶束内部的水相中，反应在胶束两相界面进行第7章酶的非水相催化胶束体系示意图水包油

7、油包水（二）气相介质中的酶催化7/29/202115酶在气相介质中进行的酶催化反应。第7章酶的非水相催化适用范围：底物是气体或能转化成气体（易挥发）的物质。醇氧化酶气相中的催化反应（三）超临界流体中的酶催化7/29/202116超临界流体：温度和压力超过某物质超临界点的流体。常用超临界流体：二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、烷烃（甲烷、乙烯、丙烷）氟利昂（CF3H）。第7章酶的非水相催化优点：①有利于底物、产物、酶三者的分离；②分离不需要使用有机溶剂，无残留，不产生含有机试剂的废水；③超临界流体具有气体的高扩散系数、低粘度和低表面张力，底物向酶

8、的传递速率加快，使反应速率提高。（四）离子液体中的酶催化7/29/202117酶在离子液体中的催化反应离子液体：由有机阳离子和有机阴离子构成的，在室温下呈液态低熔点盐类。特点：挥