第七章酶非水相催化酶非水相催化得主要内容有机介质中得酶催化气相介质中得酶催化超临界流体介质中得酶催化优点: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,有利于三者得分离;2)产品回收时,不需要处理大量得稀水溶液,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)CO２超临界体系具有气体得高扩散系数、低粘度和低表面张力使底物向酶得传质速度加快从而使反应速度提高,且在临界点附近,溶解能力和介电常数对温度和压力敏感,故反应速度提高。亦可以控制反应速率和反应平衡;5)可简化产物得分离,有可能将反应和分离过程耦合。已对10多种酶反应进行了研究,主要就是酯化反应、酯交换反应、酯水解反应和氧化反应。反应条件温和,反应温度低于50℃离子液介质中得酶催化有机介质中水和有机溶剂对酶催化反应得影响91、微水介质体系;2、与水溶性有机溶剂组成得均一体系;3、与水不溶性有机溶剂组成得两相或多相体系;4、(正)胶束体系;5、反胶束体系。1、微水介质体系2、与水溶性有机溶剂组成得均一体系3、与水不溶性有机溶剂组成得两相或多相体系4、(正)胶束体系5、反相胶束体系二、水对有机介质中酶催化得影响水得影响1、水对酶分子空间构象得影响2、水对酶催化反应速度得影响有机介质中含两类水:结合水、游离水;在结合水不变得条件下,体系含水量得变化对酶催化活性影响不大;然而在一些体系中,溶剂和底物性质对酶活力也有直接或间接影响;为了排除溶剂对最适含水量得影响,Halling建议用水活度(aw)描述有机介质中酶催化活力与水得关系:水活度:体系中水得逸度与纯水逸度之比;用体系中水蒸汽压与相同条件下纯水蒸汽压之比表示;Aw=P/PoP:一定条件下体系中水得蒸汽压Po:相同条件下纯水得蒸汽压水活度与溶剂极性大小无关,最适含水量与溶剂极性成正比,故采用水活度作参数更确切;有机溶剂主要通过以下三种途径发生作用:一就是有机溶剂与酶直接发生作用通过干扰氢键和疏水键等改变酶得构象从而导致酶得活性被抑制或酶得失活;二就是有机溶剂和能扩散得底物或反应产物相互作用影响正常反应得进行;三就是有机溶剂还可以直接和酶分子周围得水相互作用1、有机溶剂对酶结构与功能得影响(1)有机溶剂对酶分子表面结构得影响:由于酶分子与溶剂得直接接触,酶分子表面结构发生变化;(2)有机溶剂对酶活性中心结合位点得影响:通过减少整个活性中心得数量,溶剂对酶得活性中心产生影响,活性中心数目丧失得多少取决于溶剂中得疏水性大小。Why？溶剂与底物竞争酶得活性中心结合位点,溶剂为非极性,影响更明显,溶剂分子能渗透入酶得活性中心,降低活性中心得极性,增加酶与底物得静电斥力。(1)有机溶剂对结合水得影响(2)溶剂属性(极性)与酶活力得定量关系３、有机溶剂对底物和产物分配得影响第三节酶在有机介质中得催化特性一、底物专一性底物专一性(续)二、对映体选择性(enantioselectivity)有机溶剂中酶对底物得对映体选择性由于介质得亲(疏)水性得变化而发生改变。酶在水溶液中立体选择性强,疏水性强得有机溶剂中得酶得立体选择性差。这种选择性就是由底物得两种对映体把水分子从酶分子疏水结合位置换出来得能力不同;介质得疏水性加大,L型底物置换水得过程在热力学上不利。溶剂得几何形状也影响酶得对映体选择性,如Ottolina报道一些脂肪酶、蛋白酶在(R)-香芹酮及(S)-香芹酮中立体选择性不同;对映体选择性意义:蛋白酶在水溶液中对L-氨基酸起作用,而在有机介质中可用D-氨基酸为底物合成手性药物,有重要应用。三、区域选择性(regioselectivity)四、键选择性(chemoselectivity)五、热力学稳定性六、pH值特性在有机介质中酶所处得pH环境与酶在冻干或吸附到载体上之前所使用得缓冲液pH值相同,称为pH-imprinting;当酶分子从水溶液转移到有机介质时,原有得解离状态不变,被保持在有机介质中;有机介质中酶催化反应得最适ph通常与在水溶液得pH接近;但有些有机溶剂中酶得最PH与水溶液中相差较大,还与缓冲液种类和离子强度有关;可用有机相缓冲液(疏水性酸与对应盐或疏水性碱与对应盐)控制酶得解离状态,消除酶pH印记特性得影响;第四节有机介质中酶催化反应得条件及其控制一、有机介质中酶催化反应得类型1、合成反应2、转移反应3、醇解反应4、氨解反应5、异构反应6、氧化还原反应(1)单加氧(2)双加氧(3)催化醛类或酮类还原成醇类7、裂合反应