底物的特异性

与底物分子量的大小有关;

作用于低分子量底物的酶，没有明显变化，如氨基酰化酶、葡聚糖氧化酶等; 既可作用于大分子底物，又可作用于小分子底物的酶，往往会发生变化。 原因:载体的空间位阻作用 酶固定在载体上了以后，使大分子底物难于接近酶分子而是催化速率大大降低，而低分子量底物受空间位阻作用的影响较小或不受影响，故与游离酶的作用没有显著不同。 13、影响固定化酶性能的因素

固定化酶制备物性质取决于所用的酶及载体材料的性质

(1)酶固定化后的变化主要是活性中心的氨基酸残基、高级结构和电荷状态等发生变化 (2)载体影响主要是在固定化酶的周围形成了能对底物产生立体影响的扩散层及静电的相互作用等引起的变化

第七章 酶非水相催化

1、酶在非水介质中的催化作用称为酶非水相催化。

酶非水相催化是通过反应介质的改变，使酶的表面结构和活性中心发生某些改变，从而改变酶的催化特性。

受非水介质的影响，其催化特性与在水相中不同。 2、酶的非水相催化主要包括: 一、有机介质中的酶催化； 二、气相介质中的酶催化；

三、超临界流体介质中的酶催化； 四、离子液介质中的酶催化

有机介质中的酶催化：指酶在含有一定量水的有机溶剂中进行的催化反应。 适用范围:底物、产物两者或其一为疏水性物质的酶催化作用。 原因:酶在有机介质中基本能保持结构的完整。（为什么一定要有一种为有机介质） 特性:酶的底物特异性、立体选择性、区域选择性、键选择性、热稳定性等有所改变。 气相介质中的酶催化：指酶在气相介质中进行的催化反应。

适用范围：底物是气体或能转化为气体的物质的酶催化反应。 特性：气体介质的密度低，扩散容易，与在水相中明显不同。 超临界流体介质中的酶催化：酶在超临界流体中进行的催化反应。 超临界流体是指温度和压力超过某物质的超临界点的流体。

要求：超临界流体对酶结构无破坏；具良好化学稳定性；温度不可太高太低；压力不可太高；易获得等。

离子液介质中的酶催化：指酶在离子液中进行的催化作用。

离子液 (Ionic liquid )是由有机阳离子与有机（无机）阴离子构成的、在室温下呈液态的低熔点盐类，挥发性低，稳定性好。

特性：酶在其中有良好的稳定性、区域选择性、立体选择性、键选择性。 3、有机介质反应体系 1、微水介质体系；

2、与水溶性有机溶剂组成的均一体系；

3、与水不溶性有机溶剂组成的两相或多相体系； 4、（正）胶束体系；

5、反胶束体系。

4、微水介质体系：是由有机溶剂和微量的水组成的反应体系。

微量的水主要是酶分子的结合水,对维持酶分子空间构象和催化活性至关重要。 另一部分水分配在有机溶剂中。

酶分子不能溶于有机溶剂，所以酶以冻干粉或固定化酶的形式悬浮于有机介质中，是常见的有机反应体系。

5、与水溶性有机溶剂组成的均一体系

由水与极性较大的有机溶剂互相混溶组成的反应体系。 水与有机剂含量均较大。 适用的酶较少。

6、与水不溶性有机溶剂组成的两相或多相体系

由水和疏水性较强的有机溶剂组成的两相或多相反应体系；

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。 固定化酶在界面；

催化反应在两相界面进行；

适于底物或产物两者或其中一种属于疏水化合物的催化反应。 7、正胶束体系

正胶束：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。

表面活性剂的极性端朝外,非极性端朝内,有机溶剂被包在液滴内部。

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。

8、反胶束体系

反胶束: 在与水不互溶的大量有机溶剂中，含有少量的水溶液，,加入表面活性剂后形成的油包水的微小水滴；

酶分子处在反胶束内，稳定性好；疏水性的底物或产物在胶束外部，反胶束与生物膜有相似之处。

9、水对有机介质中酶催化的影响（不管采用何种有机介质反应体系，酶催化反应的介质中都含有有机介质和一定的水。他们对催化反应有显著影响。） 有机溶剂中酶的催化活力与反应系统的含水量密切相关。

系统含水量:结合水(酶粉水合、固定载体和其他杂质)、游离水(溶于有机溶剂) 与酶结合的水量是影响酶的活力、稳定性以及专一性的决定因素 一）水对酶分子空间构象的影响

无水下酶空间构象被破坏,故需一层水化层;

必需水:维持酶分子完整空间构象所必需的最低水量; 不同的酶所需求的必需水的量差别较大

原因:必需水是维持酶分子结构中氢键、盐键等副键所必需的。氢键和盐键是酶空间结构的主要稳定因素。酶分子一旦失去水，就必将使其空间构象破坏而失去其催化功能。 二）水对酶催化反应速度的影响

在体系的水含量较低的条件下，酶的催化反应速度随水含量的增加而升高，在体系的水含量达到某一定量时，酶的催化反应速度达到最大，此时的水含量称为最适水含量，超过最适水含量后，催化反应速度又降低。

水影响蛋白质结构的完整性、活性位点的极性和稳定性。 三）水活度

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。在结合水量不变的情况下，体系中水含量的变化对酶的催化活性影响不大。因此，在有机介质体系中，结合水是影响酶催化活性的关键因素。

水活度：Aw，是指体系中水的逸度与纯水逸度之比。通常可以用体系中水的蒸汽压与相同条件下纯水的蒸汽压之比表示。

在体系的水活度较低的条件下，酶的催化反应速度随水活度的增加而升高，在体系的水活度达到某一定量时，酶的催化反应速度达到最大，此时的水含量称为最适水活度，超过最适水活度后，催化反应速度又降低。

最适水含量随着溶液极性的增加而增加，最适水活度与溶液极性的大小没有关系。 10、有机溶剂对有机介质中酶催化的影响 一）有机溶剂对酶结构与功能的影响

在水溶液中酶分子均一地溶解在水溶液中，较好地保持其构象；

有机溶剂中酶分子不能直接溶解，因此根据酶分子特性与有机溶剂特性不同，其空间结构的保持也有不同。

有些酶在有机溶剂作用下，其结构受到破坏，有的酶分子则保持完整；

1、有机溶剂对酶分子结构的影响：酶在有机介质中与有机溶剂接触，酶分子的表面结构会发生变化，如枯草杆菌蛋白酶晶体。（破坏水化膜）

2、有机溶剂对酶活性中心结合位点的影响：有机溶剂可以渗入到酶分子中，与底物竞争活性中心的结合位点，降低底物结合能力。 二）有机溶剂对酶活性的影响 有机溶剂对结合水的影响

一些相对亲水性的有机溶剂能够夺取酶表面的必需水而导致酶失活。

由于酶与溶剂竞争水分子，体系的最适含水量与酶的用量及底物浓度有关。 提高酶分子的亲水性（从、修饰），可以限制酶在有机溶剂中的脱水作用。 有机溶剂极性强弱用极性系数lgP表示。

极性系数越大，极性越小。极性系数越小，极性越大。 极性系数小于2的，不宜做有机介质酶催化的溶剂。 三）溶剂对底物和产物分配的影响（见书173） 溶剂能改变酶分子必需水层中底物或产物的浓度。

①有机溶剂极性小，疏水性强，则疏水性底物难于进入必需水层；

②有机溶剂极性过强，亲水性强，则疏水性底物在有机溶剂中的溶解度低。 故选择2≦lgp≦5的有机溶剂作为有机介质为宜

11、酶在有机介质中的催化特性（底物特异性,立体选择性,区域选择性和化学键选择性和热稳定性）

一、底物专一性

(1)有机介质中酶活性中心结合部位与底物的结合状态发生改变,致使酶的底物特异性发生改变:

水溶液中底物与酶活性中心结合靠疏水作用。疏水性较强的底物，容易与活性中心部位结合，催化反应速率较高。（底物+酶的疏水作用 大于 水溶剂+底物的疏水作用）

有机介质中有机溶剂与底物的疏水作用更强;结果疏水性较强的底物容易受到有机溶剂的影响，反而影响其与酶活性中心的结合。

(2)不同的有机介质，酶的底物专一性也不一样:

极性较强（疏水性弱）的有机溶剂中,疏水性较强的底物易反应;（底物（疏水性较强）+酶的疏水作用 大于 有机溶剂（疏水性弱）+底物的疏水作用）

极性较弱（疏水性强）的有机溶剂中,疏水性较弱的底物易反应;（若底物疏水性强，则有机溶剂与底物强强结合，其疏水作用必大于酶与底物的疏水作用，所以疏水性较弱的底物易反应）

二、对映体选择性

疏水性强的有机溶剂中酶的立体选择性差 三、区域选择性 四、键选择性 五、热稳定性

有机溶剂中酶的热稳定性和储存稳定性都比水溶液中高。 六、pH值特性

在有机介质中酶所处的pH环境与酶在冻干或吸附到载体上之前所使用的缓冲液pH值相同，称为pH印记或pH记忆（pH-imprinting）;

原因：当酶分子从水溶液转移到有机介质时，原有的解离状态不变，被保持在有机介质中；

有机介质中酶催化反应的最适ph通常与在水溶液的pH接近；

但有些有机溶剂中酶的最PH与水溶液中相差较大，还与缓冲液种类和离子强度有关; 12、有机介质中酶催化反应的条件及其控制（影响因素）

一）酶的选择

二）底物的选择和浓度控制 三）有机溶剂的选择

1、有机剂的极性要选择恰当：

极性过强,夺取较多酶表面水分子,使疏水性底物溶解度降低; 极性过弱,底物难以进入必需水层; 故取中间:

2≤lgP≤5 四）含水量的控制 五）温度的控制

1、微水有机介质中含水量低，酶的热稳定性增强，其最适温度高于水溶液中催化的最适温度；

2、温度低，酶的立体选择性高。

六）pH值的控制

酶在有机介质中的最适PH值通常与在水溶液中催化的最适pH相同或接近； 可通过调节缓冲液pH的方法调节有机介质中酶催化的pH值； 酶在冷冻干燥过程中，pH状态有变化； 在酶液冻干之前或催化过程采取保护措施；

加有机相缓冲液可对有机介质中酶反应的pH调节。

13、定义：以酶或固定化酶作为催化剂进行酶促反应的装置称为酶反应器(Enzyme reactor)。