第八章非水介質(zhì)中的酶催化

第八章

非水介質(zhì)中的

酶催化反應(yīng)

Fig.3ThecellulaseandPEGylatedcellulaseactivityafterpre-incubationwithvariousconcentrationsof[Bmim][Cl].Thetemperaturewas50°C(A)and80°C(B)withsamplestakenat2hofTheDMwas6.25%forCell-ALD5kand87.3%forCell-SPA5k.Fig.4TheCell-ALD5k,Cell-ALD10kandCell-ALD20kactivityafterpre-incubationwithvariousconcentrationsof[Bmim][Cl].Thepre-incubationtemperaturewas50°Cwithsamplestakenat2hofincubation.Fig.7TotalamountofreducingsugarsreleasedfromMCC20世紀(jì)初，乙醇、丙酮類有機(jī)溶劑中酶催化的嘗試；1966，胰蛋白酶、辣根過氧化物酶在幾種非極性有機(jī)溶劑中具有催化活力的報道；1975～1983，微生物細(xì)胞、游離酶、固定化酶用于有機(jī)溶劑中合成酯和類固醇及甾醇的轉(zhuǎn)化；1984，Klibanov，在僅含微量水的有機(jī)溶劑中成功酶促合成多種有機(jī)化合物,并證實了酶在100℃高溫下能夠在有機(jī)溶劑中保持穩(wěn)定，且顯示很高的活力。

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)酯各種酯類生產(chǎn)聚合二酯的選擇性聚合?；蚀嫉孽；鞍酌鸽暮铣珊铣啥嚯孽；穷愼；u基化酶氧化甾體轉(zhuǎn)化過氧化物酶聚合酚類、胺類化合物的聚合多酚氧化酶氧化芳香化合物的羥基化膽固醇氧化酶氧化膽固醇測定醇脫氫酶酯化有機(jī)硅醇的酯化（1）不溶性化合物催化轉(zhuǎn)化（2）酶的熱穩(wěn)定性大大提高（3）可催化水中不能進(jìn)行的反應(yīng)（4）可控制反應(yīng)專一性，（5）酶和產(chǎn)物易于回收。（6）可避免長期反應(yīng)中微生物的污染；（7）

減少或防止由水引起的副反應(yīng)；在非水介質(zhì)中酶催化反應(yīng)新特征和優(yōu)勢有機(jī)溶劑超臨界流體氣相離子液體

離子液（ionicliquids）是由有機(jī)陽離子與有機(jī)（無機(jī)）陰離子構(gòu)成的在室溫條件下呈液態(tài)的低熔點鹽類，酶在離子液中的催化作用具有良好的穩(wěn)定性和選擇性。第一節(jié)酶催化反應(yīng)的非水介質(zhì)體系

酶催化反應(yīng)中常用的有機(jī)溶劑體系：1.水互溶有機(jī)溶劑單相體系由水和與水互溶的有機(jī)溶劑(10%-20%)組成的反應(yīng)體系，酶、底物、產(chǎn)物均能溶解產(chǎn)該體系中。有機(jī)溶劑：二甲亞砜、二甲基甲酰胺、四氫呋喃、丙酮和低級醇等。2.水—有機(jī)溶劑兩相體系由水相和非極性有機(jī)溶劑相組成的分相反應(yīng)體系，酶溶解于水相中，底物和產(chǎn)物溶解于有機(jī)相中。有機(jī)相：一般為親脂的溶劑，如烷烴、醚、酯和氯代烷烴等。3.水不互溶有機(jī)溶劑單相體系（含微量水的有機(jī)溶劑體系）

由水不互溶的有機(jī)溶劑取代所有的溶劑水（＞98％），形成固相酶分散在有機(jī)溶劑中的單相體系。有機(jī)溶劑：烷烴類、醚、芳香族化合物、鹵代烴等。4.反相膠束體系反相膠束體系是表面活性劑與少量水存在的有機(jī)溶劑體系。表面活性劑疏水性基團(tuán)與有機(jī)溶劑接觸，親水性頭部形成極性內(nèi)核，里面容納了酶分子。酶被限制在含水的微環(huán)境中，而底物和產(chǎn)物可以自由進(jìn)出膠束。反相膠束體系的組成a.表面活性劑（10%）溴化十六烷基三甲基胺(ＣＴＡＢ)、丁二酸二辛酯磺酸鈉(ＡＯＴ)和吐溫(Ｔｗｅｅｎ)、聚氧乙烯醚類表面活性劑及磷脂等b.有機(jī)溶劑（80～90%）六碳以上的烷烴,部分芳香族化合物及鹵代烷類.c.水：(百分之幾)d.助表面活性劑超活性1）底物的增溶作用：反膠束體系對底物的濃縮作用使其在核心水團(tuán)中的實際濃度將大大高于其在水溶液中的濃度。2)酶分子構(gòu)象剛性增加：在水中，酶結(jié)構(gòu)的波動(fluctuation)擾動了催化構(gòu)象，表面活性劑殼層的剛性緩沖了這種波動。3）膠束中結(jié)構(gòu)水的特殊性質(zhì)。二、非水介質(zhì)中的酶的形式1．酶粉有機(jī)介質(zhì)中幾乎不溶解，呈聚集狀態(tài)。須劇烈攪拌或超聲波處理，使兩顆粒變小并懸浮于介質(zhì)中。2.

化學(xué)修飾酶

化學(xué)修飾可使酶溶解于有機(jī)介質(zhì)，且穩(wěn)定性和活性提高。

3.固定化酶

對抗有機(jī)介質(zhì)變性的能力、反應(yīng)速度、熱穩(wěn)定性等都可提高。第二節(jié)非水介質(zhì)中酶促反應(yīng)的條件

一、必需水1.必需水：緊附在酶分子表面，維持酶催化活性所必需的最少量水，亦稱結(jié)合水或束縛水(boundwater)。

酶的活性由必需水決定，而與溶劑里的水含量無關(guān)。參與酶分子構(gòu)象的形成和維持；作為“潤滑劑”賦予酶分子一定的“柔性”2.酶的水合過程與活性

首先與酶分子表面帶電基團(tuán)結(jié)合達(dá)到0～0.07克／克(水／酶)，酶無活性；然后與表面的極性基團(tuán)結(jié)合0.07～0.25克/克，酶顯示活性；再凝聚到表面相互作用較弱的部位0.25～0.38克／克，酶活力隨含水量增加而增加；最后酶分子表面完全水化，被一層水分子覆蓋。酶活力降低。3.必需水含量問題因酶分子本身，或溶劑系統(tǒng)不同而有所不同。溶劑疏水性越強(qiáng)，需水量則越少。如胰凝乳蛋白酶，在甲苯中，含水0.5%；氯仿等系統(tǒng)中，含水1.0%。4．水活度αw水活度：在一定的溫度壓力下，反應(yīng)體系中的水蒸汽壓與純水的蒸汽壓之比。反映酶結(jié)合水的多少的一個參數(shù)；

可以排除溶劑對最適含水量的影響，最佳水活度與溶劑的極性幾乎無關(guān)。獲得恒定水活度的方法：

用一個飽和鹽水溶液分別預(yù)平衡底物溶液和酶制劑。向反應(yīng)體系中直接加一種水合鹽5．水活度緩沖體系酶反應(yīng)必須在恒定的水活度下進(jìn)行。添加含結(jié)晶水的水合鹽到有機(jī)溶劑中可作為水活度的緩沖劑。