页数：25页文件大小：2.58 MB来源： 酶工程ppt课件
本课件讨论酶在非水介质中的催化。先说明水作为介质的局限并引出 Klibanov 在有机介质中的开创性工作，介绍有机介质、气相、超临界和离子液四类体系，分析必需水与有机溶剂对酶构象和活性的影响，进而归纳有机介质中酶的底物特异性、立体选择性、区域选择性与显著提高的热稳定性，最后展示在手性药物拆分、糖酯合成与生物柴油生产中的应用。
本章为《酶工程》第六章，主题为酶的非水相催化，讨论酶在有机介质、气相、超临界流体和离子液等非水体系中的催化行为与应用。
水是酶促反应最常用的反应介质，但对大多数有机化合物来说水并不是适宜溶剂：许多有机化合物（底物）在水介质中难溶或不溶，且水的存在往往有利于水解、消旋化、聚合和分解等副反应的发生。
1984 年，克利巴诺夫（Klibanov）等人在有机介质中进行了酶催化反应研究，成功利用酶在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互溶体系中进行催化反应。
不管采用何种有机介质反应体系，介质中都含有机溶剂和一定量的水，它们都对催化反应有显著影响。
反应体系条件：含 1-三甲基硅-1-乙醇 10 mM、戊酸 10 mM、内标正十五烷、脂肪酶 50 mg，30 ℃、120 rpm 振荡反应。
常用有机溶剂有辛烷、正己烷、苯、吡啶、叔丁醇、丙醇、乙腈、乙酯、二氯甲烷等。在水溶液中酶分子均一溶解，可较好保持完整空间结构；在有机溶剂中酶分子不能直接溶解，而是悬浮在溶剂中进行催化反应，保持空间结构完整性的情况因酶和溶剂特性而异。
极性较强的有机溶剂（如甲醇、乙醇）会夺取酶分子的结合水，影响酶分子微环境的水化层，从而降低催化活性甚至引起变性失活。因此应选择好溶剂、控制好介质含水量，或经酶分子修饰提高酶分子亲水性。
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。
注：源文件「季丁醇」按常用有机溶剂名修正为「叔丁醇」，「已酯」按上下文修正为「乙酯」。
酶在有机介质中起催化作用时，由于有机溶剂的极性与水有很大差别，对酶的表面结构、活性中心的结合部位和底物性质都会产生一定影响，从而显示出与水相介质中不同的催化特性：
| 酶 | 有机介质条件 | 有机相热稳定性 | 水相介质条件 | 水相热稳定性 |
|---|---|---|---|---|
| 猪胰脂肪酶 | 三丁酸甘油酯 | T1/2 < 26 h | 水，pH 7.0 | T1/2 < 2 min |
| 酵母脂肪酶 | 三丁酸甘油酯/庚醇 | T1/2 = 1.5 h | 水，pH 7.0 | T1/2 < 2 min |
| 脂蛋白脂肪酶 | 甲苯，90 ℃，400 h | 活力剩余 40% | — | — |
| 胰凝乳蛋白酶 | 正辛烷，100 ℃ | T1/2 = 80 min | 水，pH 8.0，55 ℃ | T1/2 = 15 min |
| 枯草杆菌蛋白酶 | 正辛烷，110 ℃ | T1/2 = 80 min | — | — |
| 核糖核酸酶 | 壬烷，110 ℃，6 h | 活力剩余 95% | 水，pH 8.0，90 ℃ | T1/2 < 10 min |
| 酸性磷酸酶 | 正十六烷，80 ℃ | T1/2 = 8 min | 水，70 ℃ | T1/2 = 1 min |
| 腺苷三磷酸酶（F1-ATPase） | 甲苯，70 ℃ | T1/2 > 24 h | 水，60 ℃ | T1/2 < 10 min |
| 限制性核酸内切酶（Hind Ⅲ） | 正庚烷，55 ℃，30 d | 活力不降低 | — | — |
| β-葡萄糖苷酶 | 2-丙醇，50 ℃，30 h | 活力剩余 80% | — | — |
| 溶菌酶 | 环己烷，110 ℃ | T1/2 = 140 min | 水 | T1/2 = 10 min |
注：源文件为整段粘连文本，本表按「酶／有机介质条件／有机相热稳定性／水相介质条件／水相热稳定性」五列结构推断切分，源数据缺失的单元格以「—」占位，建议对照原图核对。
酶在有机介质中可以催化多种反应，主要包括：合成反应、转移反应、醇解反应、氨解反应、异构反应、氧化还原反应、裂合反应等。
主要应控制的条件：
| 酶 | 反应类型 | 应用 |
|---|---|---|
| 脂肪酶 | 肽合成 | 青霉素 G 前体肽合成 |
| 脂肪酶 | 酯合成 | 醇与有机酸合成酯类 |
| 脂肪酶 | 转酯 | 各种酯类生产 |
| 脂肪酶 | 聚合 | 二酯的选择性聚合 |
| 脂肪酶 | 酰基化 | 甘醇的酰基化 |
| 蛋白酶 | 肽合成 | 合成多肽 |
| 蛋白酶 | 酰基化 | 糖类酰基化 |
| 羟基化酶 | 氧化 | 甾体转化 |
| 过氧化物酶 | 聚合 | 酚类、胺类化合物的聚合 |
| 多酚氧化酶 | 氧化 | 芳香化合物的羟基化 |
| 胆固醇氧化酶 | 氧化 | 胆固醇测定 |
| 醇脱氢酶 | 酯化 | 有机硅醇的酯化 |
| 药物名称 | 有效对映体的作用 | 另一种对映体的作用 |
|---|---|---|
| 普萘洛尔（Propranolol） | S 构型，治疗心脏病，β-受体阻断剂 | R 构型，钠通道阻滞剂 |
| 萘普生（Neproxen） | S 构型，消炎、解热、镇痛 | R 构型，疗效很弱 |
| 青霉素胺（Penicillamine） | S 构型，抗关节炎 | R 构型，突变剂 |
| 羟基苯哌嗪（Dropropizine） | S 构型，镇咳 | R 构型，有神经毒性 |
| 反应停（Thalidomide） | S 构型，镇静剂 | R 构型，致畸胎 |
| 酮基布洛芬（Ketoprofen） | S 构型，消炎 | R 构型，防治牙周病 |
| 喘速宁（Trtoquinol） | S 构型，扩张支气管 | R 构型，抑制血小板凝集 |
| 乙胺丁醇（Ethambutol） | S,S 构型，抗结核病 | R,R 构型，致失明 |
| 萘必洛尔（Kebivolol） | 右旋体，治疗高血压，β-受体阻断剂 | 左旋体，舒张血管 |
1992 年，美国 FDA 明确要求对于具有手性特性的化学药物，都必须说明其两个对映体在体内的不同生理活性、药理作用以及药物代谢动力学情况。许多国家和地区也都制定了有关手性药物的政策和法规，这大大推动了手性药物拆分的研究和生产应用。目前提出注册申请和正在开发的手性药物中，单一对映体药物占绝大多数。
葡萄糖苷-6-O-酰基衍生物是一种可生物降解的非离子表面活性剂，它可以用脂肪酸和葡萄糖苷在脂肪酶催化下进行选择性酯化得到。
建议对照原图核对反应物结构式与酯化位点。
本页图示糖酯的合成路线，利用脂肪酶在有机介质中催化糖（或其衍生物）与脂肪酸的选择性酯化，得到可生物降解的非离子表面活性剂。建议对照原图补充底物结构与反应条件。
以 2-取代-1,3-丙二醇和脂肪酸为原料，在有机溶剂介质中用脂肪酶（CCL）或猪肝酯酶（PLE）催化酯化反应，可得到较高光学纯度的 R-或 S-酯。
有机介质中用脂肪酶（PSL）催化酯化，用于 γ-羟基-α,β-不饱和酯的拆分，可以避免副反应的发生。
ω-羟基酸或它的酯在脂肪酶催化下发生分子内环化，得到内酯化合物；内酯可继续反应形成开链寡聚物。内酯化产物形式主要取决于羟基酸的长度，也取决于脂肪酶的类型、溶剂及温度等。
生物油脂的来源：菜子油、豆油、椰子油、棕榈油、蓖麻油、棉籽油、葵花籽油、废食用油等。
优点：
本页图示从生物质原料到生物柴油的生产装备与工艺流程，包括原料预处理、酯交换反应、产物分离与精制等单元。建议对照原图补充各单元的操作条件。
本页图示美国生物柴油的发展趋势，以统计曲线反映产量随年份的增长。建议对照原图补充具体年份与产量数值。
目前生物柴油主要用化学法生产：采用酸、碱催化油脂与甲醇之间的转酯反应生成脂肪酸甲酯。反应时间短、成本低，但使用过量甲醇使后处理繁杂，能耗高、色泽深、高温易变质、酯化产物难于回收，生产过程有废碱液排放。
新方法：生物酶法。在有机介质中，脂肪酶可以催化油脂与小分子醇类的酯交换反应生成小分子的酯类混合物，条件温和、醇用量小、无污染排放。缺点是对甲醇及乙醇的转化率低（一般仅为 40%～60%），酶的使用寿命短；副产物甘油和水难于回收，不但对产物形成抑制，而且甘油对固定化酶有毒性，使固定化酶使用寿命短。
下载地址：{{downurl}}
{{{a}}}
{{#b}}{{{b}}}
{{/b}} {{/title}} {{#nolog}}登陆注册
{{/nolog}} {{#djsx}}点我刷新
{{/djsx}} {{#gocz}} {{/gocz}} {{#ffqr}} {{/ffqr}}