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1、第六章第六章 酶的非水相催化酶的非水相催化本章内容提要：酶非水相催化的研究概况有机介质中水和有机溶剂对酶催化反应的影响酶在有机介质中的催化特性有机介质中酶催化反应的条件及其控制有机介质中酶催化的应用误区：只有在水溶液中酶才具有催化活性误区：只有在水溶液中酶才具有催化活性 在非水相中，酶分子受到非水介质的影响，在非水相中，酶分子受到非水介质的影响，其催化特性与在水相中催化有着较大的不同。其催化特性与在水相中催化有着较大的不同。酶在非水介质中进行的催化作用称为酶的酶在非水介质中进行的催化作用称为酶的非水相催化。非水相催化。第一节第一节 酶非水相催化的研究概况酶非水相催化的研究概况酶的非水相催化主要

2、包括以下几种：有机介质中的酶催化有机介质中的酶催化气相介质中的酶催化气相介质中的酶催化超临界流体介质中的酶催化超临界流体介质中的酶催化离子液介质中的酶催化离子液介质中的酶催化适用于底物、产物两者或其中之一为疏水性物质的酶催化作用。适用于底物是气体或者能够转化为气体的物质的酶催化反应。酶在超临界流体中进行的催化反应。是指酶在离子液中进行的催化作用。是指温度和压力是指温度和压力超过某物质超临界点超过某物质超临界点的流体。的流体。超临界流体 超临界流体萃取仪在酶的非水相催化中，研究最多的非水介在酶的非水相催化中，研究最多的非水介质是有机溶剂。质是有机溶剂。1984年，克利巴诺夫（年，克利巴诺夫（Kl

3、ibanov）等人在）等人在有机介质中进行了酶催化反应的研究。结果表有机介质中进行了酶催化反应的研究。结果表明，只要条件适合，酶可以在有机介质中催化明，只要条件适合，酶可以在有机介质中催化疏水性底物进行反应转化为产物。使酶在非水疏水性底物进行反应转化为产物。使酶在非水介质中的催化作用研究取得了突破性的进展。介质中的催化作用研究取得了突破性的进展。此后，人们对有机介质中酶的催此后，人们对有机介质中酶的催化作用进行了许多研究化作用进行了许多研究 许多酶都可以在适当的有机介质中起催化作用。而且酶在有机介质中的热稳定性比水溶液中显著提高。近20多年来，酶在非水介质，特别是有机介质中的催化反应受到重视，

4、发展很快。第二节第二节 有机介质中水和有机溶剂有机介质中水和有机溶剂对酶催化反应的影响对酶催化反应的影响一、有机介质反应体系一、有机介质反应体系微水介质体系微水介质体系 微水主要是酶分子的结合水，它对维持酶分子的空间微水主要是酶分子的结合水，它对维持酶分子的空间构象和催化活性至关重要。另外一部分水分配在有机溶剂构象和催化活性至关重要。另外一部分水分配在有机溶剂中。中。由于酶分子不能溶解于疏水有机溶剂，所以酶以冻干由于酶分子不能溶解于疏水有机溶剂，所以酶以冻干粉或固定化酶的形式悬浮于有机介质中，在悬浮状态下进粉或固定化酶的形式悬浮于有机介质中，在悬浮状态下进行催化反应。行催化反应。通常所说的有机

5、介质反应体系主要是指微水介质体系。通常所说的有机介质反应体系主要是指微水介质体系。与水溶性有机溶剂组成的均一体系与水溶性有机溶剂组成的均一体系 酶和底物都是以溶解状态存在于均一体系酶和底物都是以溶解状态存在于均一体系中。由于极性大的有机溶剂对一般酶的催化活中。由于极性大的有机溶剂对一般酶的催化活性影响较大，所以能在该反应体系中进行催化性影响较大，所以能在该反应体系中进行催化反应的酶较少。反应的酶较少。然而该体系近几年来却受到极大的关注。然而该体系近几年来却受到极大的关注。这是因为辣根过氧化物酶（这是因为辣根过氧化物酶（HRP）可以在均一）可以在均一体系中催化酚类或芳香胺类底物聚合生成聚酚体系中

6、催化酚类或芳香胺类底物聚合生成聚酚或聚胺类物质。或聚胺类物质。与水不溶性有机溶剂组成的两相或多相体系与水不溶性有机溶剂组成的两相或多相体系 游离酶、亲水性底物或产物溶解于水相，疏水性游离酶、亲水性底物或产物溶解于水相，疏水性底物或产物溶解于有机溶剂相。底物或产物溶解于有机溶剂相。如果采用固定化酶，则以悬浮形式存在两相的界如果采用固定化酶，则以悬浮形式存在两相的界面。催化反应通常在两相的界面进行。面。催化反应通常在两相的界面进行。一般适用于底物和产物两者或其中一种是属于疏一般适用于底物和产物两者或其中一种是属于疏水化合物的催化反应。应用不广泛，研究较少。水化合物的催化反应。应用不广泛，研究较少。

7、正胶束体系正胶束体系 肥皂中的高级脂肪酸钠和合成洗涤剂中的活性物质肥皂中的高级脂肪酸钠和合成洗涤剂中的活性物质分子都有长链的疏水基（亲油基）和短小的亲水基。分子都有长链的疏水基（亲油基）和短小的亲水基。当它们溶于水时，排列在水表面的分子，亲水基埋入当它们溶于水时，排列在水表面的分子，亲水基埋入水下，疏水基越出水面。这种排列使水表面的水分子减水下，疏水基越出水面。这种排列使水表面的水分子减少，水的表面张力降低。能降低表面张力的物质，叫做少，水的表面张力降低。能降低表面张力的物质，叫做表面活性剂。表面活性剂。溶在水里的表面活性剂，会聚集成几十个分子的胶束溶在水里的表面活性剂，会聚集成几十个分子的胶

8、束（亲水基朝外、疏水基朝内的圆柱状或圆球状物质）。（亲水基朝外、疏水基朝内的圆柱状或圆球状物质）。在大量水溶液中含有少量与水不相混溶的有机溶剂加入表面活性剂后形成的水包油的微小液滴。酶在胶束外面的水溶液中，疏水性的底物或产物酶在胶束外面的水溶液中，疏水性的底物或产物在胶束内部。反应在胶束的两相界面中进行。在胶束内部。反应在胶束的两相界面中进行。去污过程首先是织物纤维和污垢被洗涤剂润湿、渗去污过程首先是织物纤维和污垢被洗涤剂润湿、渗透，织物和污粒上定向吸附着活性物的单分子层。经透，织物和污粒上定向吸附着活性物的单分子层。经过机械搅拌或搓洗，污粒脱离到水中，产生乳化、分过机械搅拌或搓洗，污粒脱离到

9、水中，产生乳化、分散、悬浮等现象。还有一部分污垢（油脂、钙皂、色散、悬浮等现象。还有一部分污垢（油脂、钙皂、色料）被增溶到活性物的胶束中，被水洗去。料）被增溶到活性物的胶束中，被水洗去。反胶束体系反胶束体系 二、水对有机介质中酶催化的影响二、水对有机介质中酶催化的影响 酶都溶于水，只有在一定量的水存在的条件下，酶都溶于水，只有在一定量的水存在的条件下，酶分子才能进行催化反应。酶分子才能进行催化反应。所以酶在有机介质中进行催化反应时，水是不可所以酶在有机介质中进行催化反应时，水是不可缺少的成分之一。缺少的成分之一。有机介质中水的含量多少对酶的空间结构、催化有机介质中水的含量多少对酶的空间结构、催

10、化活性、稳定性、催化反应速度等都有密切关系，水还活性、稳定性、催化反应速度等都有密切关系，水还与酶催化作用的底物和反应产物的溶解度有关。与酶催化作用的底物和反应产物的溶解度有关。水对酶分子空间构象的影响水对酶分子空间构象的影响 酶分子需要一层水化层，以维持其完整的空间构酶分子需要一层水化层，以维持其完整的空间构象。象。维持酶分子完整的空间构象所必需的最低水量称维持酶分子完整的空间构象所必需的最低水量称为必需水。为必需水。必需水与酶分子的结构和性质有密切关系。不同必需水与酶分子的结构和性质有密切关系。不同的酶，所要求的必需水的量差别很大。的酶，所要求的必需水的量差别很大。因为必需水是维持酶分子结

11、构中氢键、盐键等副因为必需水是维持酶分子结构中氢键、盐键等副键所必需的，而氢键和盐键又是酶空间结构的主要稳键所必需的，而氢键和盐键又是酶空间结构的主要稳定因素，故酶分子一旦失去必需水，就必将破坏其空定因素，故酶分子一旦失去必需水，就必将破坏其空间构象失去催化功能。间构象失去催化功能。例如，每分子凝乳蛋白酶只需例如，每分子凝乳蛋白酶只需50分子的水，分子的水，就可以维持其空间构象而进行正常的催化反应；就可以维持其空间构象而进行正常的催化反应；而每分子多酚氧化酶却需而每分子多酚氧化酶却需3.5102个水分子，才能个水分子，才能显示其催化活性。显示其催化活性。水对酶催化反应速度的影响水对酶催化反应速

12、度的影响 在催化反应速度达到最大时的水含量称为在催化反应速度达到最大时的水含量称为最适水含量。最适水含量。水活度水活度 在有机介质中含有的水，主要有两类，一类是与在有机介质中含有的水，主要有两类，一类是与酶分子紧密结合的结合水，另一类是溶解在有机溶剂酶分子紧密结合的结合水，另一类是溶解在有机溶剂中的游离水。中的游离水。研究表明，在有机介质体系中，酶的催化活性随研究表明，在有机介质体系中，酶的催化活性随着结合水量的增加而提高。着结合水量的增加而提高。在结合水量不变的条件下，体系中水含量的变化在结合水量不变的条件下，体系中水含量的变化对酶的催化活性影响不大。对酶的催化活性影响不大。因此可以认为，在

13、有机介质体系中，因此可以认为，在有机介质体系中，结合水是影响酶催化活性的关键因素。结合水是影响酶催化活性的关键因素。而水含量却受到酶分子以外的各种因素而水含量却受到酶分子以外的各种因素的影响。的影响。三、有机溶剂对有机介质中酶催化的影响三、有机溶剂对有机介质中酶催化的影响 有机溶剂是有机介质反应体系中的主要成有机溶剂是有机介质反应体系中的主要成分之一。常用的有机溶剂有辛烷、正己烷、苯、分之一。常用的有机溶剂有辛烷、正己烷、苯、吡啶、季丁醇、丙醇、乙腈、二氯甲烷。吡啶、季丁醇、丙醇、乙腈、二氯甲烷。有机溶剂对酶结构与功能的影响有机溶剂对酶结构与功能的影响 有些酶在有机溶剂的作用下，其空间结构会受

14、到有些酶在有机溶剂的作用下，其空间结构会受到某些破坏，从而使酶的催化活性受到影响甚至引起酶某些破坏，从而使酶的催化活性受到影响甚至引起酶的变性失活。的变性失活。例如，碱性磷酸酶冻干粉悬浮于乙腈中例如，碱性磷酸酶冻干粉悬浮于乙腈中20h,60%以上的酶不可逆地变性失活；悬浮在丙酮中以上的酶不可逆地变性失活；悬浮在丙酮中36h，75%以上的酶呈现不可逆的失活等。以上的酶呈现不可逆的失活等。在酶的冷冻干燥的过程中，应当加进蔗糖、甘露在酶的冷冻干燥的过程中，应当加进蔗糖、甘露醇等冷冻干燥保护剂，以减少酶的变性失活。醇等冷冻干燥保护剂，以减少酶的变性失活。有机溶剂对酶活性的影响有机溶剂对酶活性的影响 有

15、些有机溶剂，特别是极性较强的有机溶剂，如甲有些有机溶剂，特别是极性较强的有机溶剂，如甲醇、乙醇等，会夺取酶分子的结合水，影响酶分子微醇、乙醇等，会夺取酶分子的结合水，影响酶分子微环境的水化层，从而降低酶的催化活性，甚至引起酶环境的水化层，从而降低酶的催化活性，甚至引起酶的变性失活。的变性失活。有机溶剂的极性越强，越容易夺取酶分子结合水，有机溶剂的极性越强，越容易夺取酶分子结合水，对酶活力的影响就越大。对酶活力的影响就越大。例如，正己烷能够夺取酶分子例如，正己烷能够夺取酶分子0.5%的结合水，甲的结合水，甲醇可以夺取酶分子结合水的醇可以夺取酶分子结合水的60%。有机溶剂对底物和产物分配的影响有机

16、溶剂对底物和产物分配的影响 有机溶剂与水之间的极性不同，在反应过程中会有机溶剂与水之间的极性不同，在反应过程中会影响底物和产物的分配，从而影响酶的催化反应。影响底物和产物的分配，从而影响酶的催化反应。酶在有机介质中进行催化反应，酶的作用底物首酶在有机介质中进行催化反应，酶的作用底物首先必须进入必需水层，然后才能进入酶的活性中心进先必须进入必需水层，然后才能进入酶的活性中心进行催化反应。反应后生成的产物也首先分布在必需水行催化反应。反应后生成的产物也首先分布在必需水层中，然后才从必需水层转移到有机溶剂中。产物必层中，然后才从必需水层转移到有机溶剂中。产物必须移出水层，酶催化反应才能继续进行下去。

17、须移出水层，酶催化反应才能继续进行下去。有机溶剂能改变酶分子必须水层中底物和产物的有机溶剂能改变酶分子必须水层中底物和产物的浓度。浓度。如果有机溶剂的极性很小，疏水性太强，则疏水如果有机溶剂的极性很小，疏水性太强，则疏水性底物虽然在有机溶剂中溶解度大，浓度高，但难于性底物虽然在有机溶剂中溶解度大，浓度高，但难于从有机溶剂中进入必需水层，与酶分子活性中心结合从有机溶剂中进入必需水层，与酶分子活性中心结合的底物浓度较低，而降低酶的催化速度；的底物浓度较低，而降低酶的催化速度；如果有机溶剂的极性过大，亲水性太强，则疏水如果有机溶剂的极性过大，亲水性太强，则疏水性底物在有机溶剂中的溶解度低，底物浓度降

18、低，也性底物在有机溶剂中的溶解度低，底物浓度降低，也使催化速度减慢。使催化速度减慢。所以应该选择极性适中的有机溶剂作为介质使用。所以应该选择极性适中的有机溶剂作为介质使用。第三节第三节 酶在有机介质中的催化特性酶在有机介质中的催化特性底物专一性底物专一性 在有机介质中，由于酶分子活性中心的结在有机介质中，由于酶分子活性中心的结合部位与底物之间的结合状态发生某些变化，合部位与底物之间的结合状态发生某些变化，致使酶的底物特异性会发生改变。致使酶的底物特异性会发生改变。试解释现象 胰蛋白酶等蛋白酶在催化胰蛋白酶等蛋白酶在催化N-乙酰乙酰-L-丝氨丝氨酸乙酯和酸乙酯和N-乙酰乙酰-L-苯丙氨酸乙酯的水

19、解反应苯丙氨酸乙酯的水解反应时，酶在时，酶在水溶液水溶液中催化苯丙氨酸乙酯水解的速中催化苯丙氨酸乙酯水解的速度，比在同等条件下催化丝氨酸乙酯水解的速度，比在同等条件下催化丝氨酸乙酯水解的速度高度高104倍；而在倍；而在辛烷辛烷介质中，催化丝氨酸乙介质中，催化丝氨酸乙酯水解的速度却比催化苯丙氨酸乙酯水解的速酯水解的速度却比催化苯丙氨酸乙酯水解的速度快度快20倍。倍。请解释上述现象。请解释上述现象。（8分）分）这是因为在水溶液中，底物与酶分子活性中心的这是因为在水溶液中，底物与酶分子活性中心的结合主要依靠疏水作用，疏水性较强的底物，容易与结合主要依靠疏水作用，疏水性较强的底物，容易与活性中心部位结

20、合，催化反应的速度较高，而苯丙氨活性中心部位结合，催化反应的速度较高，而苯丙氨酸的疏水性比丝氨酸强，所以速度快。酸的疏水性比丝氨酸强，所以速度快。（5分）分）而在有机介质中有机溶剂与底物之间的疏水作用而在有机介质中有机溶剂与底物之间的疏水作用比底物与酶之间的疏水作用更强。结果疏水性较强的比底物与酶之间的疏水作用更强。结果疏水性较强的底物容易受有机溶剂的作用，反而影响其与酶分子活底物容易受有机溶剂的作用，反而影响其与酶分子活性中心的结合。性中心的结合。（3分）分）不同的有机溶剂具有不同的极性，所以在不同的有机介不同的有机溶剂具有不同的极性，所以在不同的有机介质中，酶的底物专一性也不一样。质中，酶

21、的底物专一性也不一样。一般说来，在极性较强的有机溶剂中，疏水性较强的底一般说来，在极性较强的有机溶剂中，疏水性较强的底物容易反应；而在极性较弱的有机溶剂中，疏水性较物容易反应；而在极性较弱的有机溶剂中，疏水性较弱的底物容易反应。弱的底物容易反应。例如，枯草杆菌蛋白酶催化例如，枯草杆菌蛋白酶催化N-乙酰乙酰-L-丝氨酸乙酯丝氨酸乙酯和和N-乙酰乙酰-L-苯丙氨酸乙酯与丙醇的转酯反应，在极性苯丙氨酸乙酯与丙醇的转酯反应，在极性较弱的二氯甲烷或者在苯介质中，含丝氨酸的底物优较弱的二氯甲烷或者在苯介质中，含丝氨酸的底物优先反应；而在极性较强的吡啶或季丁醇介质中，则含先反应；而在极性较强的吡啶或季丁醇介

22、质中，则含苯丙氨酸的底物首先发生转酯反应。苯丙氨酸的底物首先发生转酯反应。对映体选择性对映体选择性 酶的对映体选择性是酶在对称的外消旋化合物中识酶的对映体选择性是酶在对称的外消旋化合物中识别一种异构体的能力大小指标。别一种异构体的能力大小指标。酶在水溶液中催化的立体选择性较强，而在疏水性酶在水溶液中催化的立体选择性较强，而在疏水性强的有机介质中，酶的立体选择性较差。强的有机介质中，酶的立体选择性较差。例如，蛋白酶在水溶液中只对含有例如，蛋白酶在水溶液中只对含有L-氨基酸的蛋白氨基酸的蛋白质起作用，水解生成质起作用，水解生成L-氨基酸。而在有机介质中，某些氨基酸。而在有机介质中，某些蛋白酶可以用

23、蛋白酶可以用D-氨基酸为底物合成由氨基酸为底物合成由D-氨基酸组成的多氨基酸组成的多肽等。这一点在手性药物的制造中，有重要应用。肽等。这一点在手性药物的制造中，有重要应用。区域选择性区域选择性 酶在有机介质中进行催化时，具有区域选择性，酶在有机介质中进行催化时，具有区域选择性，即酶能够选择底物分子中某一区域的基团优先进行反即酶能够选择底物分子中某一区域的基团优先进行反应。应。区域选择系数区域选择系数键选择性 键选择性与酶的来源和有机介质的种类有关。键选择性与酶的来源和有机介质的种类有关。例如，脂肪酶催化例如，脂肪酶催化6-氨基氨基-1-己醇的酰化反应，底己醇的酰化反应，底物分子中的氨基和羟基都

24、可被酰化，分别生成肽键和物分子中的氨基和羟基都可被酰化，分别生成肽键和酯键。当采用黑曲霉脂肪酶进行催化时，羟基的酰化酯键。当采用黑曲霉脂肪酶进行催化时，羟基的酰化占绝对优势；而采用毛霉脂肪酶催化时，则优先使氨占绝对优势；而采用毛霉脂肪酶催化时，则优先使氨基酰化。研究表明，在不同的有机介质中，氨基的酰基酰化。研究表明，在不同的有机介质中，氨基的酰化与羟基的酰化程度也有所不同。化与羟基的酰化程度也有所不同。热稳定性热稳定性 许多酶在有机介质中的热稳定性比在水溶许多酶在有机介质中的热稳定性比在水溶液中的热稳定性更好。液中的热稳定性更好。酶在有机介质中的热稳定性还与介质中的酶在有机介质中的热稳定性还与

25、介质中的水含量有关。水含量有关。在有机介质中，酶的热稳定性之所以增强，在有机介质中，酶的热稳定性之所以增强，可能是由于有机介质中缺少引起酶分子变性失可能是由于有机介质中缺少引起酶分子变性失活的水分子所致。活的水分子所致。pH值特性 pH印记：在有机介质反应中酶所处的印记：在有机介质反应中酶所处的pH环境与酶在冻干或吸附到载体上之前所使用的环境与酶在冻干或吸附到载体上之前所使用的缓冲液缓冲液pH相同。相同。然而，在含有微量水的有机介质中，采用然而，在含有微量水的有机介质中，采用有机缓冲液时，酶分子的有机缓冲液时，酶分子的pH印记特性不再起印记特性不再起作用，即酶在冷冻干燥前缓冲液的作用，即酶在冷

26、冻干燥前缓冲液的pH状态对状态对酶在有机介质中的催化活性没有什么影响，而酶在有机介质中的催化活性没有什么影响，而主要受到有机相缓冲液的影响。主要受到有机相缓冲液的影响。第四节第四节 有机介质中酶催化反应的条件及其控制有机介质中酶催化反应的条件及其控制一、有机介质中酶催化反应的类型一、有机介质中酶催化反应的类型合成反应（合成反应（脂肪酶或酯酶、蛋白酶）脂肪酶或酯酶、蛋白酶）转移反应转移反应醇解反应醇解反应氨解反应氨解反应异构反应异构反应氧化还原反应氧化还原反应裂合反应裂合反应二、酶的选择二、酶的选择 不同的酶具有不同的结构和特性，同一种不同的酶具有不同的结构和特性，同一种酶，由于来源的不同和处理

27、方法的不同，其特酶，由于来源的不同和处理方法的不同，其特性有所差别，所以要根据需要通过实验进行选性有所差别，所以要根据需要通过实验进行选择。择。在有机介质中进行催化反应，对酶的选在有机介质中进行催化反应，对酶的选择不但要看催化反应的速度的大小，还要特别择不但要看催化反应的速度的大小，还要特别注意酶的稳定性、底物专一性、对映体选择性、注意酶的稳定性、底物专一性、对映体选择性、区域选择性、键选择性等。区域选择性、键选择性等。三、底物的选择和浓度控制三、底物的选择和浓度控制 由于酶在有机介质中的底物专一性与在水溶液中由于酶在有机介质中的底物专一性与在水溶液中的专一性有些差别，所以要根据酶在所使用的有

28、机介的专一性有些差别，所以要根据酶在所使用的有机介质中的专一性选择适宜的底物。质中的专一性选择适宜的底物。酶在有机介质中进行催化，要考虑底物在有机溶酶在有机介质中进行催化，要考虑底物在有机溶剂和必需水层中的分配情况。剂和必需水层中的分配情况。疏水性强的底物虽然在有机溶剂中的溶解度大，疏水性强的底物虽然在有机溶剂中的溶解度大，浓度高，但难于从有机溶剂中进入必需水层，与酶分浓度高，但难于从有机溶剂中进入必需水层，与酶分子活性中心结合的底物浓度较低，而降低酶的催化速子活性中心结合的底物浓度较低，而降低酶的催化速度。度。如果底物亲水性强，在有机溶剂中的溶解度低，如果底物亲水性强，在有机溶剂中的溶解度低

29、，也使催化速度减慢。也使催化速度减慢。四、有机溶剂的选择四、有机溶剂的选择 有机溶剂是影响在有机介质中催化的关键因素之一，有机溶剂是影响在有机介质中催化的关键因素之一，在使用过程中要根据具体情况进行选择。在使用过程中要根据具体情况进行选择。通常选用通常选用2lgP5的溶剂作为催化反应介质。的溶剂作为催化反应介质。在与水混溶的有机介质中，水与有机溶剂混合在一起，在与水混溶的有机介质中，水与有机溶剂混合在一起，组成均一的单相反应体系。在此反应体系中，有机溶组成均一的单相反应体系。在此反应体系中，有机溶剂的含量对酶的催化作用也有显著影响。剂的含量对酶的催化作用也有显著影响。五、水含量的控制五、水含量

30、的控制六、温度控制六、温度控制七、七、pH的控制的控制 最适水含量与溶剂的极性有关，通常随溶剂极性的最适水含量与溶剂的极性有关，通常随溶剂极性的增大，最适水含量也增大；而达到最大反应速度的水活增大，最适水含量也增大；而达到最大反应速度的水活度却变化不大，都在度却变化不大，都在0.50.6之间。所以水活度能够更确之间。所以水活度能够更确切地反映水对催化反应速度的影响。切地反映水对催化反应速度的影响。酶与其他非酶催化剂一样，温度升高时，其立体选酶与其他非酶催化剂一样，温度升高时，其立体选择性降低。择性降低。缓冲液对冷冻干燥过程中缓冲液对冷冻干燥过程中pH值和酶活力的变化有值和酶活力的变化有明显影响

31、。明显影响。第五节第五节 有机介质中酶催化的应用有机介质中酶催化的应用 光学活性化合物是指那些具有旋光性质的化合物，光学活性化合物是指那些具有旋光性质的化合物，它们的化学组成相同，但是立体结构不同而成为恰如人它们的化学组成相同，但是立体结构不同而成为恰如人的左右手一样的对映体，因此也称为手性化合物。的左右手一样的对映体，因此也称为手性化合物。手性是人类赖以生存的自然界的本质属性之一对手性是人类赖以生存的自然界的本质属性之一对映体的存在是自然界中的一种普遍现象，构成生物体的映体的存在是自然界中的一种普遍现象，构成生物体的基本物质，如氨基酸、蛋白质、核酸、糖类等生物大分基本物质，如氨基酸、蛋白质、

32、核酸、糖类等生物大分子都是手性分子。子都是手性分子。一、手性药物的拆分一、手性药物的拆分 手性？如人体的左右手一样，在空间上不能完手性？如人体的左右手一样，在空间上不能完全叠合，却能互为镜像的奇特属性，我们称之为全叠合，却能互为镜像的奇特属性，我们称之为“手手”性。性。手性分子？化学中，组成相同但空间结构上互成手性分子？化学中，组成相同但空间结构上互成镜像（对映体）的分子称为手性分子。镜像（对映体）的分子称为手性分子。手性药物？指只含有单一对映体的药物为手性手性药物？指只含有单一对映体的药物为手性药物。药物。手性药物实际上应该是指只含单一对映体的药物，手性药物实际上应该是指只含单一对映体的药物

33、，但是过去手性药物多数是以其消旋体形式但是过去手性药物多数是以其消旋体形式(含有等量对含有等量对映体的混合物映体的混合物)出售。目前世界在出售。目前世界在1327种全合成的化学种全合成的化学药物中约有药物中约有528种手性药物种手性药物(约占约占40)，但是其中作为，但是其中作为单一对映体药物批准上市的仅为手性药物的单一对映体药物批准上市的仅为手性药物的l0(约约61种种)，大多数，大多数(467种种)是以外消旋体形式销售。是以外消旋体形式销售。手性药物两种对映体的药效差异手性药物两种对映体的药效差异 手性药物的拆分具有重要意义和应用价值。手性药物的拆分具有重要意义和应用价值。有机介质中酶催化

34、反应在手性药物拆分的有机介质中酶催化反应在手性药物拆分的研究、开发方面，具有广阔的应用前景。研究、开发方面，具有广阔的应用前景。酶在手性化合物拆分方面的应用酶在手性化合物拆分方面的应用二、手性高分子聚合物的制备 可生物降解高分子是指在一定条件下，能被生物可生物降解高分子是指在一定条件下，能被生物体侵蚀或代谢而降解的材料。可生物降解高分子材料体侵蚀或代谢而降解的材料。可生物降解高分子材料在各个领域的应用前景非常广阔。在各个领域的应用前景非常广阔。一般认为除了一些天然高分子化合物一般认为除了一些天然高分子化合物(如纤维素、如纤维素、淀粉淀粉)外，只含有碳原子链的高分子外，只含有碳原子链的高分子(如

35、聚乙烯醇如聚乙烯醇)也是也是可生物降解的。另外，聚环氧乙烷、聚乳酸和聚己内可生物降解的。另外，聚环氧乙烷、聚乳酸和聚己内酯以及脂肪族的多羧酸和多功能基醇所形成的聚合物酯以及脂肪族的多羧酸和多功能基醇所形成的聚合物也是可生物降解的，这里包括聚酯类和聚糖类高分子。也是可生物降解的，这里包括聚酯类和聚糖类高分子。用酶法合成可生物降解高分子材料，用酶法合成可生物降解高分子材料，实际上得益于非水酶学的发展。酶在有实际上得益于非水酶学的发展。酶在有机介质中表现出了与其在水溶液中不同机介质中表现出了与其在水溶液中不同的性质，并具有催化一些特殊反应的能的性质，并具有催化一些特殊反应的能力。力。用酶促合成法开发

36、的可生物降解高用酶促合成法开发的可生物降解高分子材料主要包括聚酯类、聚糖类、聚分子材料主要包括聚酯类、聚糖类、聚酰胺类等。酰胺类等。1、可生物降解的聚酯的合成、可生物降解的聚酯的合成2、聚糖酯类可生物降解高分子的酶促合成、聚糖酯类可生物降解高分子的酶促合成 糖类衍生物是一种天然的可生物降解糖类衍生物是一种天然的可生物降解化合物，但是它作为可生物降解材料有不化合物，但是它作为可生物降解材料有不尽如人意之处，因而改性天然多糖类也是尽如人意之处，因而改性天然多糖类也是开发可生物降解材料的重要途径。开发可生物降解材料的重要途径。酶法改性天然多糖的主要途径大多是酶法改性天然多糖的主要途径大多是在聚酯链上

37、引入糖基，以增强聚合物的生在聚酯链上引入糖基，以增强聚合物的生物可降解性能。主要合成模式如下；物可降解性能。主要合成模式如下；三、酚树脂的合成 酚树脂是一种广泛应用的酚类聚合物，酚酚树脂是一种广泛应用的酚类聚合物，酚树脂通常在甲醛存在条件下通过酚类物质聚合树脂通常在甲醛存在条件下通过酚类物质聚合而成，可以用作黏合剂、化学定影剂等，由于而成，可以用作黏合剂、化学定影剂等，由于在生产和使用过程中甲醛会引起环境污染，急在生产和使用过程中甲醛会引起环境污染，急需寻求一种无甲醛污染的树脂。需寻求一种无甲醛污染的树脂。辣根过氧化物酶辣根过氧化物酶(horseradish peroxidase，HRP)在催

38、化合成聚合物方面也是一种应用比在催化合成聚合物方面也是一种应用比较多而且很有潜力的一种酶。它能够以过氧化较多而且很有潜力的一种酶。它能够以过氧化氢作为电子受体，专一地催化酚及苯胺类物质氢作为电子受体，专一地催化酚及苯胺类物质的过氧化反应。的过氧化反应。启始阶段自由基传递阶段自由基聚合阶段四、导电有机聚合物的合成四、导电有机聚合物的合成 HRP催化合成的聚合物除了可以作为酚树脂的替代品外，人们更感兴趣的是它在功能材料方面的应用。有机聚合物通常是绝缘体。有机聚合物通常是绝缘体。1977年，年，麦迪阿米德制备得到碘掺杂的聚乙炔，麦迪阿米德制备得到碘掺杂的聚乙炔，其导电率达到了金属水平。打破了有机其导

39、电率达到了金属水平。打破了有机聚合物都是绝缘体的传统观念。聚合物都是绝缘体的传统观念。此后人们又相继研究出聚吡咯、聚此后人们又相继研究出聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等导电聚合物，具有良好噻吩、聚苯胺等导电聚合物，具有良好的应用前景。的应用前景。聚苯胺具有导电性能，可以用于飞行器的防雷装置，以免受到雷电的袭击；用于衣物的表面，起到抗静电的作用；用作雷达、屏幕等的微波吸收剂等。五、发光有机聚合物的合成 目前从国际研究来看，只有红光二极管已基本过关，黄光发光二极管亮度不够，蓝光发光二极管的研究目前刚刚兴起。HRP催化聚合的产物可以产生一些发光较好的聚合物，使其有可能在发光二极管(LED)方面有所应用。例如

40、，酶法合成的聚对苯基苯酚，用于制作发光二极管以得到较弱的蓝光发射，是较有前景的蓝光发射材料。六、食品添加剂的生产 食品添加剂是指为改善食品品质、防腐和食品添加剂是指为改善食品品质、防腐和加工工艺需要而加入食品中的物质。加工工艺需要而加入食品中的物质。利用酶在有机介质中的催化作用，可以获利用酶在有机介质中的催化作用，可以获得人们所需的食品添加剂。得人们所需的食品添加剂。利用脂肪酶或酯酶的催化作用生成所需利用脂肪酶或酯酶的催化作用生成所需的酯类的酯类利用嗜热菌蛋白酶生产天苯肽利用嗜热菌蛋白酶生产天苯肽利用芳香醛脱氢酶生产香兰素利用芳香醛脱氢酶生产香兰素利用脂肪酶的作用，将甘油三酯水解生成的甘利用脂

41、肪酶的作用，将甘油三酯水解生成的甘油单酯，是一种广泛应用的食品乳化剂。油单酯，是一种广泛应用的食品乳化剂。天苯肽是由天冬氨酸和苯丙氨酸甲酯缩合而成天苯肽是由天冬氨酸和苯丙氨酸甲酯缩合而成的二肽甲酯。是一种用途广泛的食品甜味剂。的二肽甲酯。是一种用途广泛的食品甜味剂。香兰素是一种广泛应用的食品香料，可以从天香兰素是一种广泛应用的食品香料，可以从天然植物中提取分离得到，但是产量有限；也可然植物中提取分离得到，但是产量有限；也可由苯酚、甲基邻苯二酚等为原料进行化学合成，由苯酚、甲基邻苯二酚等为原料进行化学合成，但是这些化学原料有毒。另一种途径是先通过但是这些化学原料有毒。另一种途径是先通过微生物发酵得到香兰酸。然后再通过脱氢酶的微生物发酵得到香兰酸。然后再通过脱氢酶的催化作用，将香兰酸还原为香兰素。催化作用，将香兰酸还原为香兰素。3-甲氧基-4-羟基苯甲酸 D-葡萄糖为原料用整细胞进行生物转化合成的葡萄糖为原料用整细胞进行生物转化合成的莽草酸和奎尼酸是合成流感病毒药物的重要中间体。莽草酸和奎尼酸是合成流感病毒药物的重要中间体。酶的非水相催化技术的研究，不但在理论上提高了对酶催化的认识，而且在实际应用中具有重要的意义。它将有力地促进酶在有机合成方面的应用，推动酶工程的进一步发展。