第七章 化學(xué)物質(zhì)與酶的相互作用

1、第七章 化學(xué)物質(zhì)與酶的相互作用本章主要內(nèi)容：一、化學(xué)物質(zhì)對(duì)酶的抑制抑制作用二、化學(xué)物質(zhì)對(duì)酶的激活激活作用三、酶對(duì)化學(xué)物質(zhì)的催化催化作用第一節(jié)第一節(jié) 化學(xué)物質(zhì)對(duì)酶的抑制作用化學(xué)物質(zhì)對(duì)酶的抑制作用凡能降低酶促反應(yīng)速度的作用，稱(chēng)為酶的抑制作用。能凡能降低酶促反應(yīng)速度的作用，稱(chēng)為酶的抑制作用。能使酶活性受抑制的物質(zhì)，稱(chēng)為酶的抑制劑。使酶活性受抑制的物質(zhì)，稱(chēng)為酶的抑制劑。酶的抑制作用與酶的失活不同，后者常指酶蛋白變性引酶的抑制作用與酶的失活不同，后者常指酶蛋白變性引起的酶活力降低或者消失。起的酶活力降低或者消失。酶的抑制作用也不同于酶的去激活作用，去激活作用是酶的抑制作用也不同于酶的去激活作用，去激活作

2、用是因?yàn)榧せ顒┑娜コ鸬拿富盍Φ慕档?。因?yàn)榧せ顒┑娜コ鸬拿富盍Φ慕档汀Ｍㄟ^(guò)酶抑制作用的研究，不僅可以了解酶的專(zhuān)通過(guò)酶抑制作用的研究，不僅可以了解酶的專(zhuān)性，酶性，酶活性部位的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)，酶的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)以及酶的活性部位的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)，酶的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)以及酶的作用機(jī)制等；而且對(duì)了解藥物和毒物作用于機(jī)體的方式作用機(jī)制等；而且對(duì)了解藥物和毒物作用于機(jī)體的方式及機(jī)理等也有重要意義；對(duì)代謝途徑中酶的調(diào)節(jié)也能提及機(jī)理等也有重要意義；對(duì)代謝途徑中酶的調(diào)節(jié)也能提供信息。供信息。按抑制劑作用的方式不同，酶的抑制作用可分為可逆和不可按抑制劑作用的方式不同，酶的抑制作用可分為可逆和不可逆兩種類(lèi)型。逆兩種類(lèi)

3、型。酶反應(yīng)的抑制劑可認(rèn)為是首先與酶分子經(jīng)分子間作用力如靜酶反應(yīng)的抑制劑可認(rèn)為是首先與酶分子經(jīng)分子間作用力如靜電引力、疏水鍵、氫鍵或范德華力等形成可逆的酶電引力、疏水鍵、氫鍵或范德華力等形成可逆的酶- -抑制劑抑制劑復(fù)合物。該復(fù)合物可以解離回到游離的酶及抑制劑分子，這復(fù)合物。該復(fù)合物可以解離回到游離的酶及抑制劑分子，這就是可逆性抑制劑。若酶與抑制劑之間發(fā)生共價(jià)鍵結(jié)合，則就是可逆性抑制劑。若酶與抑制劑之間發(fā)生共價(jià)鍵結(jié)合，則是不可逆抑制劑。是不可逆抑制劑。用動(dòng)力學(xué)方法測(cè)定抑制劑對(duì)酶反應(yīng)的影響，通常包括有用動(dòng)力學(xué)方法測(cè)定抑制劑對(duì)酶反應(yīng)的影響，通常包括有(1)(1)計(jì)算抑制劑與酶的親和力；計(jì)算抑制劑與酶

4、的親和力；(2)(2)確定與抑制劑結(jié)合時(shí)酶的存確定與抑制劑結(jié)合時(shí)酶的存在形式，即究竟是游離的酶分子還是與底物結(jié)合的酶分子與在形式，即究竟是游離的酶分子還是與底物結(jié)合的酶分子與抑制劑結(jié)合；抑制劑結(jié)合；(3)(3)測(cè)定酶與抑制劑結(jié)合的化學(xué)計(jì)量；測(cè)定酶與抑制劑結(jié)合的化學(xué)計(jì)量；(4)(4)解析解析抑制過(guò)程的作用機(jī)理。抑制過(guò)程的作用機(jī)理。為了評(píng)價(jià)化合物對(duì)酶的抑制活性，常常用半數(shù)有效濃度為了評(píng)價(jià)化合物對(duì)酶的抑制活性，常常用半數(shù)有效濃度ICIC5050表示。測(cè)定表示。測(cè)定ICIC5050的方法是將底物與酶的濃度保持恒定，改變的方法是將底物與酶的濃度保持恒定，改變抑制劑的濃度，求出使酶的活性降低抑制劑的濃度，

5、求出使酶的活性降低50%50%所需的抑制劑濃度。所需的抑制劑濃度。 1,1,可逆抑制作用可逆抑制作用按可逆抑制劑對(duì)酶按可逆抑制劑對(duì)酶底結(jié)合的影響不同，可分為底結(jié)合的影響不同，可分為許多類(lèi)型，它們的反應(yīng)歷程可用一通式表示許多類(lèi)型，它們的反應(yīng)歷程可用一通式表示： E + S KsESkpE + P+ +IIEIEISSKiKiKs速度方程通式速度方程通式根據(jù)此反應(yīng)歷程根據(jù)此反應(yīng)歷程, ,根據(jù)快速平衡學(xué)說(shuō)或恒態(tài)學(xué)說(shuō)根據(jù)快速平衡學(xué)說(shuō)或恒態(tài)學(xué)說(shuō)推導(dǎo)，得到其總速度方程通式如下推導(dǎo)，得到其總速度方程通式如下在不同的抑制作用中，僅在于在不同的抑制作用中，僅在于K Ki i和和K Ki i兩個(gè)數(shù)值兩個(gè)數(shù)值的不同

6、的不同，一般可分為，一般可分為4 4種類(lèi)型：即競(jìng)爭(zhēng)性抑制、非種類(lèi)型：即競(jìng)爭(zhēng)性抑制、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制、反競(jìng)爭(zhēng)性抑制和混合性抑制。競(jìng)爭(zhēng)性抑制、反競(jìng)爭(zhēng)性抑制和混合性抑制。 max (1) (1)VSvIIKsSKiKimax (1) (1)VSvIIKmSKiKi將該方程作雙倒數(shù)處理，可得將該方程作雙倒數(shù)處理，可得1 11 (1)(1)max maxkmIIvVKiSVKi1 1，競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用，競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用中競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用中I I只與自由酶結(jié)合，因而阻止只與自由酶結(jié)合，因而阻止S S與酶結(jié)合。而與酶結(jié)合。而S S又不能與又不能與EIEI結(jié)合，結(jié)合，I I也不能與也不能與ESES結(jié)合，所

7、以結(jié)合，所以EISEIS不存在；不存在；EIEI亦不能分解成產(chǎn)物。亦不能分解成產(chǎn)物。 競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的雙倒數(shù)圖競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的雙倒數(shù)圖 11 1(1)max maxKmIvVSKiV從 雙 倒 數(shù) 圖從 雙 倒 數(shù) 圖計(jì) 算 出 表 觀計(jì) 算 出 表 觀米 氏 常 數(shù)米 氏 常 數(shù)K Kmappmapp，然后，然后代入代入K Kmappmapp= =K Km(1+m(1+I/I/K Ki)i)可計(jì)可計(jì)算出算出KiKi。DixonDixon作圖法求作圖法求K Ki i 11 (1)max max KmKmIvVKi SVS2 2，非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用，非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用 典型的非競(jìng)爭(zhēng)性典型的非競(jìng)爭(zhēng)性抑

8、制劑不影響酶抑制劑不影響酶- -底物結(jié)合；底物底物結(jié)合；底物也不影響酶也不影響酶-I-I的的結(jié)合；結(jié)合；S S和和I I都可都可可逆獨(dú)立地結(jié)合可逆獨(dú)立地結(jié)合于酶的不同部位于酶的不同部位上；并且上；并且ESIESI為端為端點(diǎn)復(fù)合物。點(diǎn)復(fù)合物。 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的雙倒數(shù)方程非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的雙倒數(shù)方程1 11 (1)(1)max maxKmIIvVKiSVKi從從II0 0和和II為某一固定濃度為某一固定濃度所作所作1/1/ 對(duì)對(duì)1/S1/S雙倒數(shù)圖的縱截雙倒數(shù)圖的縱截距 可 直 接 測(cè) 得距 可 直 接 測(cè) 得1 / V m a x1 / V m a x 和和(1/Vmax)(1/Vmax)(1

9、+I(1+I/Ki)/Ki)，從而計(jì)算，從而計(jì)算出出KiKi。DixonDixon作圖法求作圖法求KiKi 11(1) (1)max max KmKmKmIvVKiSVS 3 3，反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用，反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用反競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑反競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑I I不不能與自由酶結(jié)合，能與自由酶結(jié)合，而只能與而只能與ESES可逆結(jié)可逆結(jié)合生成不能分解成合生成不能分解成產(chǎn)物的產(chǎn)物的EISEIS。這一點(diǎn)。這一點(diǎn)與競(jìng)爭(zhēng)性抑制相反，與競(jìng)爭(zhēng)性抑制相反，K Ki i值為值為，EISEIS只能只能解離成解離成ES + IES + I，而，而不能解離成不能解離成EI + SEI + S。 反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的雙倒數(shù)方程反競(jìng)爭(zhēng)性抑

10、制作用的雙倒數(shù)方程 111 (1)max maxKmIvVSVKi 4 4，混合性抑制作用，混合性抑制作用混合性抑制作用中混合性抑制作用中S S和和E E或或EIEI都能夠結(jié)合，都能夠結(jié)合，I I也也可和可和E E或或ESES結(jié)合，但親和力都不相等，表明結(jié)合，但親和力都不相等，表明S S和和I I對(duì)酶的結(jié)合互有影響，對(duì)酶的結(jié)合互有影響， K Ki i和和K Ki i兩者既不等兩者既不等于無(wú)窮大，又互不相等，于無(wú)窮大，又互不相等，KsKsi i和和K Kss也不相等。也不相等。有關(guān)可逆抑制作用的通式就是混合性抑制作用有關(guān)可逆抑制作用的通式就是混合性抑制作用的公式。的公式。 1 11 (1)(1)

11、max maxkmIIvVKiSVKi當(dāng)用雙倒數(shù)方程作圖時(shí)，有抑制劑和無(wú)抑制劑當(dāng)用雙倒數(shù)方程作圖時(shí)，有抑制劑和無(wú)抑制劑的直線(xiàn)既不平行，又不相交于縱軸或橫軸，而的直線(xiàn)既不平行，又不相交于縱軸或橫軸，而是相交于橫軸負(fù)側(cè)的上方（第二象限）或下方是相交于橫軸負(fù)側(cè)的上方（第二象限）或下方（第三象限）（第三象限） 二、不可逆抑制作用二、不可逆抑制作用這類(lèi)抑制作用的抑制劑與酶分子上的某基團(tuán)以牢固的共價(jià)這類(lèi)抑制作用的抑制劑與酶分子上的某基團(tuán)以牢固的共價(jià)健結(jié)合使酶失活。不能用透析、超濾等物理方法除去抑制健結(jié)合使酶失活。不能用透析、超濾等物理方法除去抑制劑而使酶復(fù)活。劑而使酶復(fù)活。不可逆抑制作用的特點(diǎn)是隨時(shí)間的延

12、長(zhǎng)會(huì)逐漸地增加抑制，不可逆抑制作用的特點(diǎn)是隨時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)逐漸地增加抑制，最后達(dá)到完全抑制最后達(dá)到完全抑制。 指向活性部位的不可逆抑制劑的典型示例是阿司匹林和指向活性部位的不可逆抑制劑的典型示例是阿司匹林和 - -內(nèi)酰胺類(lèi)藥物。阿司匹林（乙酰水楊酸）通過(guò)與環(huán)氧合酶內(nèi)酰胺類(lèi)藥物。阿司匹林（乙酰水楊酸）通過(guò)與環(huán)氧合酶發(fā)生?；磻?yīng)，使酶發(fā)生不可逆失活，從而起到解熱、鎮(zhèn)發(fā)生?；磻?yīng)，使酶發(fā)生不可逆失活，從而起到解熱、鎮(zhèn)痛、消炎的作用。痛、消炎的作用。第三節(jié)第三節(jié) 酶催化的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)酶催化的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)酶對(duì)所催化的底物分子表現(xiàn)出不同的選擇性。對(duì)于大多數(shù)酶酶對(duì)所催化的底物分子表現(xiàn)出不同的選擇性。對(duì)于大多數(shù)

13、酶來(lái)說(shuō)，選擇性是相對(duì)的。這類(lèi)酶的一個(gè)重要特性是可以催化來(lái)說(shuō)，選擇性是相對(duì)的。這類(lèi)酶的一個(gè)重要特性是可以催化某些非天然底物，表現(xiàn)出廣泛的底物適應(yīng)性。這是酶能夠應(yīng)某些非天然底物，表現(xiàn)出廣泛的底物適應(yīng)性。這是酶能夠應(yīng)用于有機(jī)反應(yīng)研究和有機(jī)合成的基礎(chǔ)。用于有機(jī)反應(yīng)研究和有機(jī)合成的基礎(chǔ)。酶作為生物催化劑，具備以下優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)條件溫和，可節(jié)省酶作為生物催化劑，具備以下優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)條件溫和，可節(jié)省能源，減少設(shè)備費(fèi)用；可以利用酶通過(guò)有限的步驟實(shí)現(xiàn)許多能源，減少設(shè)備費(fèi)用；可以利用酶通過(guò)有限的步驟實(shí)現(xiàn)許多化學(xué)方法難以完成的反應(yīng)；酶催化效率高，專(zhuān)一性強(qiáng)，可減化學(xué)方法難以完成的反應(yīng)；酶催化效率高，專(zhuān)一性強(qiáng)，可減少或避免副

14、反應(yīng)；酶來(lái)自生物體，是生物可降解的無(wú)環(huán)境毒少或避免副反應(yīng)；酶來(lái)自生物體，是生物可降解的無(wú)環(huán)境毒害性物質(zhì)，符合將廢棄物控制在最小限度，實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)要害性物質(zhì)，符合將廢棄物控制在最小限度，實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)要求。求。 盡管酶催化反應(yīng)具有如此多的優(yōu)點(diǎn)，目前酶作為盡管酶催化反應(yīng)具有如此多的優(yōu)點(diǎn)，目前酶作為生物催化劑在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用并不十分普遍，生物催化劑在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用并不十分普遍，主要存在以下幾方面原因：主要存在以下幾方面原因：1)1)酶本身是生物大分子，許多酶是胞內(nèi)酶，細(xì)胞酶本身是生物大分子，許多酶是胞內(nèi)酶，細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境通常比較穩(wěn)定，但是催化反應(yīng)環(huán)境中存內(nèi)部環(huán)境通常比較穩(wěn)定，但是催化反應(yīng)環(huán)境中存在的

15、熱、酸、堿、氧化劑、重金屬離子等因素都在的熱、酸、堿、氧化劑、重金屬離子等因素都可能導(dǎo)致酶分子失活，破壞了酶的穩(wěn)定性?？赡軐?dǎo)致酶分子失活，破壞了酶的穩(wěn)定性。2)2)一些酶對(duì)輔酶具有強(qiáng)烈依賴(lài)性，而輔酶的價(jià)格一些酶對(duì)輔酶具有強(qiáng)烈依賴(lài)性，而輔酶的價(jià)格通常較昂貴，因此需要解決輔酶的來(lái)源或探索輔通常較昂貴，因此需要解決輔酶的來(lái)源或探索輔酶替代物的生化代謝途徑。酶替代物的生化代謝途徑。 3)3)在化學(xué)反應(yīng)體系中應(yīng)用酶作催化劑，酶的催化在化學(xué)反應(yīng)體系中應(yīng)用酶作催化劑，酶的催化活性和選擇性往往并不十分理想，還有待進(jìn)一步活性和選擇性往往并不十分理想，還有待進(jìn)一步提高。提高。4)4)酶的來(lái)源及成本問(wèn)題，許多工業(yè)用

16、酶成本較高，酶的來(lái)源及成本問(wèn)題，許多工業(yè)用酶成本較高，而且種類(lèi)有限，在目前已鑒定的而且種類(lèi)有限，在目前已鑒定的30003000多種酶中，多種酶中，工業(yè)上生產(chǎn)的酶有工業(yè)上生產(chǎn)的酶有6060多種，真正達(dá)到工業(yè)規(guī)模的多種，真正達(dá)到工業(yè)規(guī)模的只有只有2020多種。多種。找到成本合適的酶源和發(fā)現(xiàn)具有應(yīng)用潛力的新型找到成本合適的酶源和發(fā)現(xiàn)具有應(yīng)用潛力的新型酶源是實(shí)現(xiàn)酶工業(yè)化應(yīng)用的重要前提?，F(xiàn)代生物酶源是實(shí)現(xiàn)酶工業(yè)化應(yīng)用的重要前提?，F(xiàn)代生物技術(shù)和分子生物學(xué)的發(fā)展，為解決上述問(wèn)題提供技術(shù)和分子生物學(xué)的發(fā)展，為解決上述問(wèn)題提供了可能性。了可能性。 一、酶催化的有機(jī)合成反應(yīng)類(lèi)型一、酶催化的有機(jī)合成反應(yīng)類(lèi)型酶催化反

17、應(yīng)廣泛應(yīng)用于手性合成、對(duì)映體拆分、酶催化反應(yīng)廣泛應(yīng)用于手性合成、對(duì)映體拆分、藥物合成中，它不僅可以催化多種化學(xué)反應(yīng)，還藥物合成中，它不僅可以催化多種化學(xué)反應(yīng)，還可以合成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、具有生物活性的大分子和高可以合成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、具有生物活性的大分子和高分子化合物。分子化合物。同時(shí)，可以避開(kāi)化學(xué)法進(jìn)行手性合成與拆分時(shí)所同時(shí)，可以避開(kāi)化學(xué)法進(jìn)行手性合成與拆分時(shí)所需的手性試劑，以及產(chǎn)生的無(wú)效對(duì)映體和環(huán)保問(wèn)需的手性試劑，以及產(chǎn)生的無(wú)效對(duì)映體和環(huán)保問(wèn)題。題。為此，用生物催化方法進(jìn)行化學(xué)合成又稱(chēng)為為此，用生物催化方法進(jìn)行化學(xué)合成又稱(chēng)為“綠綠色合成色合成”。酶催化產(chǎn)物的光學(xué)純度用對(duì)映體過(guò)量值酶催化產(chǎn)物的光學(xué)純度用對(duì)

18、映體過(guò)量值(ee(ee) )表表示，或用對(duì)映體比率示，或用對(duì)映體比率E E值表示。值表示。 式中式中eeees s表示底物的對(duì)映體過(guò)量，表示底物的對(duì)映體過(guò)量，eeeep p表示產(chǎn)物的對(duì)表示產(chǎn)物的對(duì)映體過(guò)量，其值通常在反應(yīng)開(kāi)始階段映體過(guò)量，其值通常在反應(yīng)開(kāi)始階段( (轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率20%)20%)時(shí)測(cè)定。時(shí)測(cè)定。E E值越大，表示酶的選擇性越好；值越大，表示酶的選擇性越好；E E值為值為1 1，表明酶，表明酶對(duì)底物無(wú)選擇性。對(duì)底物無(wú)選擇性?；蚧?ln(1)(1)ln(1)(1)ssCeeECeeln(1)(1)ln(1)(1)ppCeeECeesspeeCeeee1 1，水解反應(yīng)，水解反應(yīng) 水解酶

19、催化的各類(lèi)反應(yīng)一般不需要特殊水解酶催化的各類(lèi)反應(yīng)一般不需要特殊的輔助因子，通過(guò)水解酶催化酯、環(huán)氧的輔助因子，通過(guò)水解酶催化酯、環(huán)氧化物、酰胺等的水解反應(yīng)，可以得到各化物、酰胺等的水解反應(yīng)，可以得到各種光學(xué)活性醇、酸、酯或胺。種光學(xué)活性醇、酸、酯或胺。 （1 1）環(huán)氧化物水解）環(huán)氧化物水解 環(huán)氧化物水解酶能催化環(huán)氧化物進(jìn)行不對(duì)稱(chēng)水解，環(huán)氧化物水解酶能催化環(huán)氧化物進(jìn)行不對(duì)稱(chēng)水解，例如手性吡啶型環(huán)氧乙烷是制備一些手性藥物的例如手性吡啶型環(huán)氧乙烷是制備一些手性藥物的關(guān)鍵中間體，黑曲霉關(guān)鍵中間體，黑曲霉( (Aspergillus nigerAspergillus niger) ) 的環(huán)的環(huán)氧化物水解酶

20、催化吡啶型環(huán)氧乙烷的水解反應(yīng)可氧化物水解酶催化吡啶型環(huán)氧乙烷的水解反應(yīng)可得到手性環(huán)氧化物，對(duì)映體過(guò)量得到手性環(huán)氧化物，對(duì)映體過(guò)量98%98%。 （2 2）腈類(lèi)化合物的水解）腈類(lèi)化合物的水解 腈類(lèi)化合物經(jīng)酶法水解轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的羧酸及其衍生物，是一腈類(lèi)化合物經(jīng)酶法水解轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的羧酸及其衍生物，是一種非常有用的合成方法，催化腈水解的酶系有兩種類(lèi)型：一種非常有用的合成方法，催化腈水解的酶系有兩種類(lèi)型：一種是腈水解酶，它催化腈直接水解，一步生成羧酸及種是腈水解酶，它催化腈直接水解，一步生成羧酸及NHNH3 3；另一種是腈水合酶，它催化腈水解生成酰胺，酰胺在酰胺酶另一種是腈水合酶，它催化腈水解生成酰胺，酰

21、胺在酰胺酶的作用下，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成羧酸及的作用下，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成羧酸及NHNH3 3，反應(yīng)過(guò)程需兩步完成。，反應(yīng)過(guò)程需兩步完成。 具有腈水合酶或腈水解酶酶活性的微生物酶可以具有腈水合酶或腈水解酶酶活性的微生物酶可以催化轉(zhuǎn)化腈，用于生產(chǎn)專(zhuān)用或日用化學(xué)品、農(nóng)用催化轉(zhuǎn)化腈，用于生產(chǎn)專(zhuān)用或日用化學(xué)品、農(nóng)用化學(xué)品及藥物中間體?；瘜W(xué)品及藥物中間體。腈水合酶能將腈催腈水合酶能將腈催化轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的酰化轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的酰胺類(lèi)化合物，如用胺類(lèi)化合物，如用丙烯腈生產(chǎn)丙烯酰丙烯腈生產(chǎn)丙烯酰胺，用胺，用3-3-氰基吡啶氰基吡啶生產(chǎn)煙酰胺。而腈生產(chǎn)煙酰胺。而腈水解酶能催化腈轉(zhuǎn)水解酶能催化腈轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的羧酸和化成相應(yīng)的羧酸和氨，如

22、用氨，如用3-3-氰基苯氰基苯甲酸甲酯合成甲酸甲酯合成3-3-羧羧基苯甲酸甲?；郊姿峒住＃? 3）酰胺的水解）酰胺的水解 酰胺類(lèi)化合物的酶催化水解反應(yīng)廣泛應(yīng)酰胺類(lèi)化合物的酶催化水解反應(yīng)廣泛應(yīng)用與氨基酸拆分和青霉素、頭孢霉素母用與氨基酸拆分和青霉素、頭孢霉素母核的生產(chǎn)中，所使用的酶主要是?；负说纳a(chǎn)中，所使用的酶主要是酰化酶類(lèi)。類(lèi)。而一些蛋白酶、脂肪酶及酰胺酶也可以而一些蛋白酶、脂肪酶及酰胺酶也可以催化酰胺類(lèi)化合物的水解。催化酰胺類(lèi)化合物的水解。 青霉素是人們經(jīng)常使用的一種抗生素。但是，青霉素是人們經(jīng)常使用的一種抗生素。但是，多年的使用使得不少病原菌對(duì)青霉素產(chǎn)生了抗多年的使用使得不少病原菌對(duì)

23、青霉素產(chǎn)生了抗藥性。利用青霉素?；福瑢⑶嗝顾啬负耍ㄋ幮?。利用青霉素?；?，將青霉素母核（6-6-氨基青霉烷酸，氨基青霉烷酸，6-APA6-APA）和側(cè)鏈水解，然后，利）和側(cè)鏈水解，然后，利用化學(xué)合成的方法，使青霉素的母核與其他的用化學(xué)合成的方法，使青霉素的母核與其他的側(cè)鏈連接起來(lái)，從而研制出氨芐青霉素等新型側(cè)鏈連接起來(lái)，從而研制出氨芐青霉素等新型的青霉素。的青霉素。 頭孢菌素類(lèi)抗生素是一類(lèi)抗菌譜廣、抗菌活性頭孢菌素類(lèi)抗生素是一類(lèi)抗菌譜廣、抗菌活性強(qiáng)、療效高、毒性低的抗生素。強(qiáng)、療效高、毒性低的抗生素。7-7-氨基頭孢烷氨基頭孢烷酸酸(7-ACA)(7-ACA)是醫(yī)藥工業(yè)生產(chǎn)半合成頭孢菌素的重

24、是醫(yī)藥工業(yè)生產(chǎn)半合成頭孢菌素的重要中間體，國(guó)內(nèi)外在工業(yè)上多采用化學(xué)法由頭要中間體，國(guó)內(nèi)外在工業(yè)上多采用化學(xué)法由頭孢菌素孢菌素C C脫去其側(cè)鏈來(lái)生產(chǎn)脫去其側(cè)鏈來(lái)生產(chǎn)7-ACA7-ACA。 利用氨基?；傅母咝?zhuān)一性水解乙酰利用氨基?；傅母咝?zhuān)一性水解乙酰-L-L-氨基氨基酸，將混旋的乙酰酸，將混旋的乙酰-D/L-D/L-氨基酸選擇性水解得到氨基酸選擇性水解得到L-L-氨基酸產(chǎn)品。未反應(yīng)的乙酰氨基酸產(chǎn)品。未反應(yīng)的乙酰-D-D-氨基酸再經(jīng)過(guò)氨基酸再經(jīng)過(guò)消旋化處理可重復(fù)使用。如蛋氨酸、苯丙氨酸消旋化處理可重復(fù)使用。如蛋氨酸、苯丙氨酸等的拆分，可以得到等的拆分，可以得到99%ee99%ee的的L-L-

25、構(gòu)型產(chǎn)物。構(gòu)型產(chǎn)物。 某些脂肪酶也可以催化酰胺類(lèi)化合物的選擇性某些脂肪酶也可以催化酰胺類(lèi)化合物的選擇性水解，得到光學(xué)活性的產(chǎn)物，如水解，得到光學(xué)活性的產(chǎn)物，如A.melleusA.melleus脂脂肪酶催化肪酶催化N-(2-N-(2-氟丙酰氟丙酰)-)-苯丙氨酸的水解，得苯丙氨酸的水解，得到到(S,R)(S,R)構(gòu)型的產(chǎn)物。構(gòu)型的產(chǎn)物。 （4 4）酯的水解）酯的水解 除了酯酶除了酯酶(esterase)(esterase)、脂肪酶、脂肪酶(lipase)(lipase)可以催化酯的水解以外，許多蛋白酶可以催化酯的水解以外，許多蛋白酶（如胰凝乳蛋白酶（如胰凝乳蛋白酶, , 枯草桿菌蛋白酶枯草桿菌

26、蛋白酶, , 胰蛋白酶胰蛋白酶, , 胃蛋白酶和木瓜蛋白酶等）胃蛋白酶和木瓜蛋白酶等）不但能選擇性地催化酰胺鍵的水解，也不但能選擇性地催化酰胺鍵的水解，也能選擇性地水解氨基酸酯鍵。能選擇性地水解氨基酸酯鍵。 應(yīng)用酶法水解拆分酯的手性異構(gòu)體，一般產(chǎn)物應(yīng)用酶法水解拆分酯的手性異構(gòu)體，一般產(chǎn)物的光學(xué)純度為的光學(xué)純度為50-90%50-90%之間。為了提高產(chǎn)物的光之間。為了提高產(chǎn)物的光學(xué)純度學(xué)純度, , 可以采取酶的修飾、底物修飾或選擇可以采取酶的修飾、底物修飾或選擇適當(dāng)反應(yīng)溶劑等方法改進(jìn)酶催化反應(yīng)的選擇性適當(dāng)反應(yīng)溶劑等方法改進(jìn)酶催化反應(yīng)的選擇性 - -芳基或芳氧基的羧酸酯用羧酸酯酶催化水解，芳基或芳

27、氧基的羧酸酯用羧酸酯酶催化水解，可得到高光學(xué)純的產(chǎn)物。如：可得到高光學(xué)純的產(chǎn)物。如： 87-93%95-100%+R= 芳氧基R= 芳基RCOOCH3RCOOCH3RCOOCH3RCOOCH3RCOOCH3 消旋化酯 脂肪酶或酯酶蛋白水解酶能選擇性水解由蛋白水解酶能選擇性水解由L-L-構(gòu)型的氨基酸形構(gòu)型的氨基酸形成的酯，而對(duì)成的酯，而對(duì)D-D-構(gòu)型氨基酸所形成的酯不起催構(gòu)型氨基酸所形成的酯不起催化作用。利用這種性質(zhì)，可以將消旋化的氨基化作用。利用這種性質(zhì)，可以將消旋化的氨基酸酯進(jìn)行酶法拆分。酸酯進(jìn)行酶法拆分。 R = alkyl, aryl; R1 = Me, Et; R2 = H, Acyl

28、L-氨基酸 D-氨基酸酯 D,L-氨基酸酯 緩沖液+CCOOR1RNHR2HCCOOHRHR2HNR2HN CH COOR1R酯酶或蛋白酶2 2，酯合成反應(yīng)，酯合成反應(yīng) 脂肪酶在水溶液中可催化油脂和其他酯類(lèi)的水脂肪酶在水溶液中可催化油脂和其他酯類(lèi)的水解反應(yīng)，而在有機(jī)介質(zhì)中它催化水解反應(yīng)的逆解反應(yīng)，而在有機(jī)介質(zhì)中它催化水解反應(yīng)的逆反應(yīng)酯合成反應(yīng)及酯交換反應(yīng)。反應(yīng)酯合成反應(yīng)及酯交換反應(yīng)。 脂肪酶催化酯合成反應(yīng)的底物專(zhuān)一性取決于酶脂肪酶催化酯合成反應(yīng)的底物專(zhuān)一性取決于酶的類(lèi)型，不同微生物來(lái)源的脂肪酶催化不同鏈的類(lèi)型，不同微生物來(lái)源的脂肪酶催化不同鏈長(zhǎng)脂肪酸與不同鏈長(zhǎng)脂肪醇的酯化反應(yīng)。例如長(zhǎng)脂肪酸與不

29、同鏈長(zhǎng)脂肪醇的酯化反應(yīng)。例如脂肪酶脂肪酶MSLMSL 在幾乎無(wú)水的庚烷中催化油酸與正在幾乎無(wú)水的庚烷中催化油酸與正丁醇的酯化反應(yīng)，產(chǎn)率可達(dá)到丁醇的酯化反應(yīng)，產(chǎn)率可達(dá)到9292。固定在硅。固定在硅膠上的脂肪酶膠上的脂肪酶CCLCCL催化合成正丁酸乙酯和正辛催化合成正丁酸乙酯和正辛酸乙酯可達(dá)到酸乙酯可達(dá)到100100的轉(zhuǎn)化率。的轉(zhuǎn)化率。 (1)(1)位置選擇性酯化反應(yīng)位置選擇性酯化反應(yīng) 除了簡(jiǎn)單的烷基二醇、氨基醇和甾族二醇外，除了簡(jiǎn)單的烷基二醇、氨基醇和甾族二醇外，脂肪酶也能催化碳水化合物的位置選擇性?；久敢材艽呋妓衔锏奈恢眠x擇性?；磻?yīng)。如豬胰脂肪酶在吡啶中，采用高活性的反應(yīng)。如豬胰脂

30、肪酶在吡啶中，采用高活性的脂肪酸脂肪酸(C2(C2C12) C12) 三氯乙醇酯作為酰化劑催化三氯乙醇酯作為?；瘎┐呋咸烟堑葐翁堑牟；磻?yīng)，得到高度專(zhuān)一性葡萄糖等單糖的伯?；磻?yīng)，得到高度專(zhuān)一性的的6-O-6-O-脂?；咸烟恰Ｖ；咸烟恰?+RCH2COOCH2CCl3吡啶HOOHOHOHCH2OHHOOHOHOHCH2OCCH2RO+HOCH2CCl3手性手性1,3-1,3-丙二醇衍生物是許多生物活性物質(zhì)合丙二醇衍生物是許多生物活性物質(zhì)合成的原料。以成的原料。以2-2-取代取代-1,3-1,3-丙二醇和脂肪酸為丙二醇和脂肪酸為原料，在有機(jī)溶劑介質(zhì)中用脂肪酶原料，在有機(jī)溶劑介質(zhì)中用脂肪

31、酶(CCL)(CCL)或豬或豬肝酯酶（肝酯酶（PLEPLE）催化酯化反應(yīng)，可得到較高光）催化酯化反應(yīng)，可得到較高光學(xué)純度的學(xué)純度的R R- -或或S-S-酯。酯。 RR1COOOHRorSR1COOOHR 有機(jī)溶劑 脂肪酶 +HOOHR潛手性丙二醇R1COOR2R2OH+（2 2）手性化合物的酶法拆分）手性化合物的酶法拆分 手性的羥基酯雖然可通過(guò)酶催化水解拆分得到，手性的羥基酯雖然可通過(guò)酶催化水解拆分得到，但副反應(yīng)較多，產(chǎn)率較低。如果拆分在有機(jī)介但副反應(yīng)較多，產(chǎn)率較低。如果拆分在有機(jī)介質(zhì)中用脂肪酶質(zhì)中用脂肪酶(PSL)(PSL)催化酯化進(jìn)行拆分，可以避催化酯化進(jìn)行拆分，可以避免副反應(yīng)的發(fā)生。這

32、個(gè)方法已經(jīng)成功地用于免副反應(yīng)的發(fā)生。這個(gè)方法已經(jīng)成功地用于-羥基羥基-,-,-不飽和酯的拆分。不飽和酯的拆分。 乙酸異丙酯乙酸乙烯醇酯 PSL 消旋化合物 RRSS+RCOOCH3OAcRCOOCH3OHRCOOCH3OHRCOOCH3OAcRCOOCH3OH有機(jī)溶劑 (3) (3) 內(nèi)酯合成反應(yīng)內(nèi)酯合成反應(yīng) 在一定條件下，在一定條件下， - -羥基酸或它的酯在酶催化下，發(fā)生分羥基酸或它的酯在酶催化下，發(fā)生分子內(nèi)環(huán)化作用得到內(nèi)酯化合物。內(nèi)酯可繼續(xù)反應(yīng)形成開(kāi)鏈子內(nèi)環(huán)化作用得到內(nèi)酯化合物。內(nèi)酯可繼續(xù)反應(yīng)形成開(kāi)鏈寡聚物。小于四元環(huán)或大于寡聚物。小于四元環(huán)或大于7 7元環(huán)的內(nèi)酯是不穩(wěn)定的元環(huán)的內(nèi)酯是不

33、穩(wěn)定的, , 因因此主要形成線(xiàn)性聚合產(chǎn)物。五元環(huán)內(nèi)酯最容易形成。六元此主要形成線(xiàn)性聚合產(chǎn)物。五元環(huán)內(nèi)酯最容易形成。六元環(huán)內(nèi)酯的形成常常伴隨有部分直鏈寡聚物的形成。環(huán)內(nèi)酯的形成常常伴隨有部分直鏈寡聚物的形成。 R = H 或烷基寡聚物二聚物 內(nèi)酯有機(jī)溶劑脂肪酶 有機(jī)溶劑 有機(jī)溶劑 脂肪酶 脂肪酶mHO(CH2)nOCOROOC(CH2)nO(CH2)nCO(CH2)nOCO(CH2)nOCOH(CH2)nOROC3 3，酰胺鍵形成反應(yīng)，酰胺鍵形成反應(yīng) 在有機(jī)介質(zhì)中，許多酰胺水解酶類(lèi)可以在有機(jī)介質(zhì)中，許多酰胺水解酶類(lèi)可以催化酰胺鍵的形成反應(yīng)，如蛋白酶類(lèi)、催化酰胺鍵的形成反應(yīng)，如蛋白酶類(lèi)、脂肪酶類(lèi)以

34、及酰化酶類(lèi)（青霉素?；钢久割?lèi)以及?；割?lèi)（青霉素?；傅龋５龋?。 （1 1）酰胺的合成反應(yīng)）酰胺的合成反應(yīng) 酯的酶催化氨解反應(yīng)可以生成酰胺，這個(gè)反應(yīng)酯的酶催化氨解反應(yīng)可以生成酰胺，這個(gè)反應(yīng)具有良好的立體選擇性，是合成手性酰胺的一具有良好的立體選擇性，是合成手性酰胺的一種有價(jià)值的方法。種有價(jià)值的方法。例如枯草桿菌蛋白酶催化正丁酸三氟乙基酯的例如枯草桿菌蛋白酶催化正丁酸三氟乙基酯的-甲基芐胺氨解，形成手性的酰胺化合物。甲基芐胺氨解，形成手性的酰胺化合物。 +PhNH2Phn-C3H7CNHO 有機(jī)溶劑PhNH2枯草桿菌蛋白酶CH3CH2CH2COOCH2CF3CF3CH2OH+由于脂肪酶具有

35、同蛋白水解酶相似的催由于脂肪酶具有同蛋白水解酶相似的催化機(jī)制，因此它也可以催化胺類(lèi)化合物化機(jī)制，因此它也可以催化胺類(lèi)化合物的?；磻?yīng)和酯的胺解反應(yīng)。的?；磻?yīng)和酯的胺解反應(yīng)。 OOHNHC3H7CCL,ROAcDiisopropyl ehterOOHNC3H7AcOOHNHC3H772%ee64%ee利用青霉素?；复呋嗝顾厮夥磻?yīng)的逆反利用青霉素酰化酶催化青霉素水解反應(yīng)的逆反應(yīng)，人們采用超飽和體系或加入產(chǎn)物復(fù)合試劑應(yīng)，人們采用超飽和體系或加入產(chǎn)物復(fù)合試劑等方法，合成了氨芐青霉素等抗生素，產(chǎn)率達(dá)等方法，合成了氨芐青霉素等抗生素，產(chǎn)率達(dá)80%80%以上。以上。 （2 2）肽的合成）肽的合成 有

36、機(jī)溶劑有機(jī)溶劑中酶催化中酶催化的多肽合的多肽合成，主要成，主要是利用蛋是利用蛋白酶催化白酶催化的多肽水的多肽水解逆反應(yīng)解逆反應(yīng), ,肽轉(zhuǎn)移反肽轉(zhuǎn)移反應(yīng)或氨解應(yīng)或氨解（氨基酸（氨基酸酯的氨解）酯的氨解）反應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)進(jìn)行的。的。 水解逆反應(yīng)R1COOHNHPG+H2NCOR2PGR1NHCONHR2OPGPG+ H2O 水解酶* 肽轉(zhuǎn)移反應(yīng)R1NHCONHR2OPGPG+H2NCOR3PG 蛋白酶 R1NHCONHR3OPGPGH2NCOR2PG+ 氨解反應(yīng)R1COORNHPG+H2NCOR2PGR1NHCONHR2OPGPG+ R-OH 水解酶 快* 慢肽水解反應(yīng)（1 1）脫氫酶類(lèi)）脫氫酶類(lèi) 如

37、醇脫氫酶可以催化羥基的氧化和如醇脫氫酶可以催化羥基的氧化和羰基的還原的可逆反應(yīng)，利用脫氫羰基的還原的可逆反應(yīng)，利用脫氫酶來(lái)還原羰基可以得到光學(xué)純度極酶來(lái)還原羰基可以得到光學(xué)純度極高的手性醇類(lèi)化合物，反應(yīng)需要輔高的手性醇類(lèi)化合物，反應(yīng)需要輔酶酶NAD(P)HNAD(P)H的參與。的參與。然而，然而，NAD(P)NAD(P)+ +和和NAD(P)HNAD(P)H的價(jià)格通常的價(jià)格通常比酶促反應(yīng)所得產(chǎn)物要貴得多，因比酶促反應(yīng)所得產(chǎn)物要貴得多，因此，有必要對(duì)輔酶進(jìn)行再生并循環(huán)此，有必要對(duì)輔酶進(jìn)行再生并循環(huán)使用。目前用于使用。目前用于NAD(P)NAD(P)+ +和和NAD(P)HNAD(P)H再再生發(fā)展

38、得比較完善的方法是酶法再生發(fā)展得比較完善的方法是酶法再生。生。 4 4，氧化還原反應(yīng)，氧化還原反應(yīng) 催化氧化還原催化氧化還原反應(yīng)的酶類(lèi)包反應(yīng)的酶類(lèi)包括脫氫酶和氧括脫氫酶和氧化酶。這些酶化酶。這些酶可以催化羰基可以催化羰基的還原、醇的的還原、醇的氧化、烯烴的氧化、烯烴的環(huán)氧化以及芳環(huán)氧化以及芳香烴的羥化反香烴的羥化反應(yīng)。應(yīng)。 酶法再生通常由合成體系和再生體系兩部分組成，合成酶法再生通常由合成體系和再生體系兩部分組成，合成體系用來(lái)制備目的產(chǎn)物，再生體系則用于輔酶再生。再體系用來(lái)制備目的產(chǎn)物，再生體系則用于輔酶再生。再生中用得最多的酶是脫氫酶，其次有氧化酶、氫化酶等生中用得最多的酶是脫氫酶，其次有氧

39、化酶、氫化酶等在該方法中，應(yīng)用甲酸在該方法中，應(yīng)用甲酸/ / 甲酸脫氫酶（甲酸脫氫酶（FDHFDH）再生體系的）再生體系的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性最好。目前，甲酸技術(shù)經(jīng)濟(jì)性最好。目前，甲酸/ FDH/ FDH再生再生NADHNADH已被用于工已被用于工業(yè)生產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)L-L-叔亮氨酸、光學(xué)活性醇等的合成。叔亮氨酸、光學(xué)活性醇等的合成。 在有機(jī)介質(zhì)中，將輔酶與酶一起吸附在載體表面在有機(jī)介質(zhì)中，將輔酶與酶一起吸附在載體表面的水穴中，載體上的輔因子能自由地進(jìn)入和退出的水穴中，載體上的輔因子能自由地進(jìn)入和退出酶的活性部位而不會(huì)從載體上脫落到介質(zhì)中，從酶的活性部位而不會(huì)從載體上脫落到介質(zhì)中，從而增加了輔因子的穩(wěn)定性，提高

40、了它的循環(huán)效率。而增加了輔因子的穩(wěn)定性，提高了它的循環(huán)效率。目前有機(jī)介質(zhì)中酶催化的氧化還原反應(yīng)已經(jīng)成功目前有機(jī)介質(zhì)中酶催化的氧化還原反應(yīng)已經(jīng)成功地應(yīng)用于光學(xué)活性醛、酮和醇的制備。地應(yīng)用于光學(xué)活性醛、酮和醇的制備。許多脫氫酶，如酵母脫氫酶許多脫氫酶，如酵母脫氫酶YADHYADH和馬肝醇脫氫酶和馬肝醇脫氫酶HLADHHLADH等能將前手性酮還原為手性仲醇，它們催化等能將前手性酮還原為手性仲醇，它們催化酮還原反應(yīng)的立體選擇性遵循酮還原反應(yīng)的立體選擇性遵循PrelogPrelog規(guī)則，如規(guī)則，如HLADHHLADH還原還原2-2-三環(huán)癸酮消旋體，產(chǎn)生手性醇。三環(huán)癸酮消旋體，產(chǎn)生手性醇。 酵母中含有多種

41、還原酶，能催化芳香族酵母中含有多種還原酶，能催化芳香族硝基化合物還原生成相應(yīng)的苯胺，如酵硝基化合物還原生成相應(yīng)的苯胺，如酵母催化還原二硝基喹啉生成母催化還原二硝基喹啉生成-6-6-硝基硝基-5-5-氨基喹啉。氨基喹啉。 脫氫酶催化的反應(yīng)是一種可逆反應(yīng)，但是應(yīng)用脫脫氫酶催化的反應(yīng)是一種可逆反應(yīng)，但是應(yīng)用脫氫酶氧化醇得到相應(yīng)酮的實(shí)例較少，如用馬肝醇?xì)涿秆趸嫉玫较鄳?yīng)酮的實(shí)例較少，如用馬肝醇脫氫酶催化二羥甲基環(huán)戊烷（或己烷）脫氫得到脫氫酶催化二羥甲基環(huán)戊烷（或己烷）脫氫得到的產(chǎn)物可用于許多光學(xué)純藥物的合成。含脫氫酶的產(chǎn)物可用于許多光學(xué)純藥物的合成。含脫氫酶的微生物（的微生物（Nocardia cor

42、allinaNocardia corallina）可選擇性氧化）可選擇性氧化拆分消旋的拆分消旋的2-2-苯乙醇。苯乙醇。 (C)nOHOHHLADH(C)nOO(C)nOHNH2ONH3（2 2）氧化酶催化的反應(yīng)）氧化酶催化的反應(yīng) 用于有機(jī)合成中參與氧化反應(yīng)的酶有單加氧酶、用于有機(jī)合成中參與氧化反應(yīng)的酶有單加氧酶、雙加氧酶、氧化酶和過(guò)氧化物酶等。利用單加雙加氧酶、氧化酶和過(guò)氧化物酶等。利用單加氧酶和過(guò)氧化物酶催化氧化芳香族和脂環(huán)族有氧酶和過(guò)氧化物酶催化氧化芳香族和脂環(huán)族有機(jī)物的反應(yīng)尤其受人們注意。機(jī)物的反應(yīng)尤其受人們注意。 單加氧酶催化羥化反應(yīng)：碳?xì)浠衔镏蟹腔顫妴渭友趺复呋u化反應(yīng)：碳?xì)浠?/p>

43、物中非活潑C-HC-H鍵的羥化是一種非常有用的生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)。鍵的羥化是一種非常有用的生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)。傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)合成中幾乎不能進(jìn)行這樣的直接傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)合成中幾乎不能進(jìn)行這樣的直接羥化反應(yīng)，但在酶的催化作用下，能夠發(fā)生選羥化反應(yīng)，但在酶的催化作用下，能夠發(fā)生選擇性的羥化反應(yīng)。如微生物催化異丁酸不對(duì)稱(chēng)擇性的羥化反應(yīng)。如微生物催化異丁酸不對(duì)稱(chēng)羥化可產(chǎn)生光學(xué)活性羥化可產(chǎn)生光學(xué)活性 - -羥基異丁酸，它是一種羥基異丁酸，它是一種維生素、香料、抗生素的合成材料。維生素、香料、抗生素的合成材料。 烯烴的環(huán)氧化反應(yīng)：手性環(huán)氧化物是一種重要的手性合烯烴的環(huán)氧化反應(yīng)：手性環(huán)氧化物是一種重要的手性合成前體，可與多種

44、親核性試劑反應(yīng)產(chǎn)生重要的中間體。成前體，可與多種親核性試劑反應(yīng)產(chǎn)生重要的中間體。單加氧酶催化的烯烴環(huán)氧化反應(yīng)可用于制備小分子環(huán)氧單加氧酶催化的烯烴環(huán)氧化反應(yīng)可用于制備小分子環(huán)氧化物，其中有些產(chǎn)物是傳統(tǒng)化學(xué)法所不能制備的。細(xì)胞化物，其中有些產(chǎn)物是傳統(tǒng)化學(xué)法所不能制備的。細(xì)胞色素色素P450P450氧化還原酶系也可以催化各種烯烴的環(huán)氧化，氧化還原酶系也可以催化各種烯烴的環(huán)氧化，得到不同類(lèi)型的環(huán)氧化物。得到不同類(lèi)型的環(huán)氧化物。 雙加氧酶的氧化作用：雙加氧酶能催化氧分子中兩個(gè)氧原雙加氧酶的氧化作用：雙加氧酶能催化氧分子中兩個(gè)氧原子都加入到一個(gè)底物分子中，苯及其衍生物都能被雙加氧子都加入到一個(gè)底物分子中

45、，苯及其衍生物都能被雙加氧酶催化氧化為順式鄰二醇產(chǎn)物，通常苯的衍生物被雙加氧酶催化氧化為順式鄰二醇產(chǎn)物，通常苯的衍生物被雙加氧酶催化生成具有較高光學(xué)純度的（酶催化生成具有較高光學(xué)純度的（1S,2R1S,2R）- -二元醇，苯被二元醇，苯被催化氧化生成順式催化氧化生成順式-3,5-3,5-二環(huán)己烯基二環(huán)己烯基-1,2-1,2-二醇。萘經(jīng)過(guò)大二醇。萘經(jīng)過(guò)大腸桿菌腸桿菌JM109JM109雙加氧酶催化產(chǎn)生雙加氧酶催化產(chǎn)生1,2-1,2-二氫萘二氫萘-1,2-1,2-二醇。二醇。 多酚氧化酶是一種加氧酶，它催化酚的選擇性羥基多酚氧化酶是一種加氧酶，它催化酚的選擇性羥基化，羥基化產(chǎn)物繼續(xù)氧化生成鄰化，羥

46、基化產(chǎn)物繼續(xù)氧化生成鄰- -苯醌。由于鄰苯醌。由于鄰 苯苯醌在水溶液中不穩(wěn)定，迅速地聚合形成多聚物色素，醌在水溶液中不穩(wěn)定，迅速地聚合形成多聚物色素，并導(dǎo)致酶的變性失活。并導(dǎo)致酶的變性失活。在有機(jī)介質(zhì)中形成的鄰在有機(jī)介質(zhì)中形成的鄰- -苯醌是穩(wěn)定的。產(chǎn)物在有苯醌是穩(wěn)定的。產(chǎn)物在有機(jī)介質(zhì)中用維生素機(jī)介質(zhì)中用維生素c c進(jìn)行化學(xué)還原可以得到兒茶酚進(jìn)行化學(xué)還原可以得到兒茶酚在氯仿中多酚氧化酶催化對(duì)甲苯酚選擇性羥基化，在氯仿中多酚氧化酶催化對(duì)甲苯酚選擇性羥基化，對(duì)甲基鄰苯二醌產(chǎn)率達(dá)對(duì)甲基鄰苯二醌產(chǎn)率達(dá)9595以上。以上。 聚合物維生素 C有機(jī)溶劑多酚氧化酶多酚氧化酶OHRO2H2OO2H2OH2OOH

47、OHROORR = H-, Me-, MeO-, HOCH-等5 5，裂解酶催化的合成反應(yīng)，裂解酶催化的合成反應(yīng) 應(yīng)用酶催化轉(zhuǎn)化方法，是合成手性化合物的有應(yīng)用酶催化轉(zhuǎn)化方法，是合成手性化合物的有效途徑。裂解酶類(lèi)對(duì)雙鍵的形成有催化作用，效途徑。裂解酶類(lèi)對(duì)雙鍵的形成有催化作用，同時(shí)也能催化雙鍵上的加成反應(yīng)。如天冬氨酸同時(shí)也能催化雙鍵上的加成反應(yīng)。如天冬氨酸酶（酶（AspartaseAspartase）可以催化富馬酸加氨生成）可以催化富馬酸加氨生成L-L-天冬氨酸，還有苯丙氨酸氨解酶能夠催化肉桂天冬氨酸，還有苯丙氨酸氨解酶能夠催化肉桂酸加氨生成酸加氨生成L-L-苯丙氨酸等。苯丙氨酸等。 在酶催化下，

48、含有活潑雙鍵的烯烴和酮能夠發(fā)在酶催化下，含有活潑雙鍵的烯烴和酮能夠發(fā)生不對(duì)稱(chēng)加成，生成手性產(chǎn)物。例如，醛縮酶生不對(duì)稱(chēng)加成，生成手性產(chǎn)物。例如，醛縮酶(aldolase(aldolase) )催化的縮合反應(yīng)，能夠得到手性純催化的縮合反應(yīng)，能夠得到手性純多元醇醛（酮）。多元醇醛（酮）。 6 6，糖苷鍵形成反應(yīng)，糖苷鍵形成反應(yīng) 許多的寡糖、多糖具有抗癌、抗氧化、抗病毒作用，但是許多的寡糖、多糖具有抗癌、抗氧化、抗病毒作用，但是糖類(lèi)化合物的化學(xué)合成是非常困難和復(fù)雜的工作。糖苷水糖類(lèi)化合物的化學(xué)合成是非常困難和復(fù)雜的工作。糖苷水解酶在水溶液中可以催化糖苷鍵的水解反應(yīng)，而在有機(jī)介解酶在水溶液中可以催化糖苷

49、鍵的水解反應(yīng)，而在有機(jī)介質(zhì)中，糖苷水解酶可以催化水解反應(yīng)的逆反應(yīng)糖苷鍵的質(zhì)中，糖苷水解酶可以催化水解反應(yīng)的逆反應(yīng)糖苷鍵的合成反應(yīng)。例如合成反應(yīng)。例如-葡糖苷酶以葡萄糖為底物在丙烯醇等葡糖苷酶以葡萄糖為底物在丙烯醇等有機(jī)溶劑中合成糖苷化合物，轉(zhuǎn)化率達(dá)有機(jī)溶劑中合成糖苷化合物，轉(zhuǎn)化率達(dá)60%60%以上。轉(zhuǎn)化酶以上。轉(zhuǎn)化酶（invertaseinvertase）催化蔗糖的醇解反應(yīng)可以得到果糖苷。）催化蔗糖的醇解反應(yīng)可以得到果糖苷。 7 7，酶催化高分子合成，酶催化高分子合成 人工合成高分子材料的廣泛應(yīng)用，為人人工合成高分子材料的廣泛應(yīng)用，為人類(lèi)物質(zhì)文明作出了巨大的貢獻(xiàn)。但是由類(lèi)物質(zhì)文明作出了巨大的貢

50、獻(xiàn)。但是由于這類(lèi)材料難于被微生物或細(xì)菌降解，于這類(lèi)材料難于被微生物或細(xì)菌降解，造成了日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。造成了日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。因此，應(yīng)用酶催化法合成可以被微生物因此，應(yīng)用酶催化法合成可以被微生物或細(xì)菌降解的高分子材料，已經(jīng)成為高或細(xì)菌降解的高分子材料，已經(jīng)成為高分子合成中的新課題。分子合成中的新課題。 脂肪酶不但可以催化羥基脂肪酸的環(huán)化形成內(nèi)脂肪酶不但可以催化羥基脂肪酸的環(huán)化形成內(nèi)酯，也可以催化內(nèi)酯的開(kāi)環(huán)聚合以及二羧酸與酯，也可以催化內(nèi)酯的開(kāi)環(huán)聚合以及二羧酸與多元醇化合物的縮合反應(yīng)形成聚合物。多元醇化合物的縮合反應(yīng)形成聚合物。 如在二乙醚中用豬胰脂肪酶催化等摩爾濃度的如在二乙醚中用豬胰脂肪

51、酶催化等摩爾濃度的3,4-3,4-環(huán)氧己二酸環(huán)氧己二酸- -二二(2,2,2-(2,2,2-三氯乙基三氯乙基)()()-)-酯酯與與1,4-1,4-丁二酸發(fā)生縮合反應(yīng)可合成高分子量聚丁二酸發(fā)生縮合反應(yīng)可合成高分子量聚合物合物(Mn(Mn=5300)=5300)，產(chǎn)物具有光學(xué)活性。，產(chǎn)物具有光學(xué)活性。Andida Andida cylivdraceacylivdracea脂肪酶和豬胰脂肪酶在多種溶劑脂肪酶和豬胰脂肪酶在多種溶劑中可以催化寡聚碳酸酯的合成。中可以催化寡聚碳酸酯的合成。 在脂肪酶催化下，己二酸（或癸二酸）三氟乙在脂肪酶催化下，己二酸（或癸二酸）三氟乙基酯與蔗糖在己烷溶液中進(jìn)行酯化反應(yīng)

52、，能夠基酯與蔗糖在己烷溶液中進(jìn)行酯化反應(yīng)，能夠生成聚糖酯高聚物。生成聚糖酯高聚物。 辣根過(guò)氧化物酶在水相中能夠催化酚及芳胺類(lèi)化合物的聚辣根過(guò)氧化物酶在水相中能夠催化酚及芳胺類(lèi)化合物的聚合。但是由于聚合產(chǎn)物分子量很低，沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。合。但是由于聚合產(chǎn)物分子量很低，沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái)，應(yīng)用有機(jī)溶劑中酶促反應(yīng)技術(shù)，使酶催化合成高近年來(lái)，應(yīng)用有機(jī)溶劑中酶促反應(yīng)技術(shù)，使酶催化合成高分子化合物研究取得了很大的進(jìn)展。如，在分子化合物研究取得了很大的進(jìn)展。如，在70-85%70-85%的二氧的二氧六環(huán)水溶液中，過(guò)氧化物酶催化酚類(lèi)、芳香胺類(lèi)化合物的六環(huán)水溶液中，過(guò)氧化物酶催化酚類(lèi)、芳香胺類(lèi)化合物的聚合

53、可以得到一種聚合可以得到一種C-CC-C相連接的聚酚或相連接的聚酚或C-NC-N連接的聚芳香胺，連接的聚芳香胺，由于聚合物具有大由于聚合物具有大 共軛結(jié)構(gòu)，聚合物表現(xiàn)出較好的光電等共軛結(jié)構(gòu)，聚合物表現(xiàn)出較好的光電等功能高分子材料性質(zhì)。功能高分子材料性質(zhì)。 二、酶催化反應(yīng)的介質(zhì)二、酶催化反應(yīng)的介質(zhì) 水是酶促反應(yīng)最常用的反應(yīng)介質(zhì)。在水溶液中采水是酶促反應(yīng)最常用的反應(yīng)介質(zhì)。在水溶液中采用游離酶催化化學(xué)反應(yīng)不存在底物及產(chǎn)物的擴(kuò)散用游離酶催化化學(xué)反應(yīng)不存在底物及產(chǎn)物的擴(kuò)散問(wèn)題。因?yàn)榈孜?、產(chǎn)物和酶都處于溶解狀態(tài)，底問(wèn)題。因?yàn)榈孜?、產(chǎn)物和酶都處于溶解狀態(tài)，底物容易進(jìn)入酶的活性中心，產(chǎn)物也容易進(jìn)入緩沖物容易進(jìn)

54、入酶的活性中心，產(chǎn)物也容易進(jìn)入緩沖體系中。體系中。但是，對(duì)于大多數(shù)有機(jī)化合物來(lái)說(shuō)，水并不是一但是，對(duì)于大多數(shù)有機(jī)化合物來(lái)說(shuō)，水并不是一種適宜的溶劑，因?yàn)樵S多有機(jī)化合物在水介質(zhì)中種適宜的溶劑，因?yàn)樵S多有機(jī)化合物在水介質(zhì)中難溶或不溶。而且，由于水的存在，往往有利于難溶或不溶。而且，由于水的存在，往往有利于如水解、消旋化、聚合和分解等副反應(yīng)的發(fā)生。如水解、消旋化、聚合和分解等副反應(yīng)的發(fā)生。 1 1，水介質(zhì)，水介質(zhì)2 2，與水互溶的有機(jī)溶劑，與水互溶的有機(jī)溶劑水單相體系水單相體系 有機(jī)溶劑與水形成均勻的單相溶液體系。酶、底物和產(chǎn)有機(jī)溶劑與水形成均勻的單相溶液體系。酶、底物和產(chǎn)物都能溶解在這種體系中。這

55、類(lèi)溶劑主要包括二甲基甲物都能溶解在這種體系中。這類(lèi)溶劑主要包括二甲基甲酰胺酰胺, , 四氫呋喃四氫呋喃, , 二氧六環(huán)二氧六環(huán), , 丙酮，乙醇和甲醇等。丙酮，乙醇和甲醇等。3 3，非極性有機(jī)溶劑，非極性有機(jī)溶劑水兩相體系水兩相體系 由含有溶解酶的水相和一個(gè)非極性的有機(jī)溶劑由含有溶解酶的水相和一個(gè)非極性的有機(jī)溶劑( (高脂溶高脂溶性性) )相所組成的兩相體系。這類(lèi)有機(jī)溶劑主要是碳?xì)浠嗨M成的兩相體系。這類(lèi)有機(jī)溶劑主要是碳?xì)浠衔?、酯、含氯碳?xì)浠锏取：衔?、酯、含氯碳?xì)浠锏?。酶處在水溶液包圍的環(huán)境中，不與有機(jī)溶劑直接接觸。酶處在水溶液包圍的環(huán)境中，不與有機(jī)溶劑直接接觸。大部分底物溶解在有機(jī)相

56、中。在水相中，底物或產(chǎn)物的大部分底物溶解在有機(jī)相中。在水相中，底物或產(chǎn)物的有限濃度可以避免對(duì)酶產(chǎn)生的抑制作用。有限濃度可以避免對(duì)酶產(chǎn)生的抑制作用。4 4，非極性有機(jī)溶劑，非極性有機(jī)溶劑酶懸浮體系酶懸浮體系 用非極性有機(jī)溶劑取代所有的大量水，使固體用非極性有機(jī)溶劑取代所有的大量水，使固體酶懸浮在有機(jī)相中。雖然從表面上看酶是干的，酶懸浮在有機(jī)相中。雖然從表面上看酶是干的，但仍然含有必需的結(jié)合水以保持酶的催化活性但仍然含有必需的結(jié)合水以保持酶的催化活性( (含水量一般小于含水量一般小于2%)2%)。懸浮體系中，酶的狀態(tài)可以是結(jié)晶態(tài)、凍干狀懸浮體系中，酶的狀態(tài)可以是結(jié)晶態(tài)、凍干狀態(tài)、沉淀狀態(tài)，或者吸附

57、在固體載體表面上。態(tài)、沉淀狀態(tài)，或者吸附在固體載體表面上。酶在有機(jī)介質(zhì)中良好的分散狀態(tài)是提高酶促反酶在有機(jī)介質(zhì)中良好的分散狀態(tài)是提高酶促反應(yīng)速度的關(guān)鍵。應(yīng)速度的關(guān)鍵。 5 5，反向膠束體系，反向膠束體系 反向膠束是表面活性劑分子在非極性溶劑中自發(fā)反向膠束是表面活性劑分子在非極性溶劑中自發(fā)形成的熱力學(xué)穩(wěn)定的、光學(xué)透明的球形聚集體。形成的熱力學(xué)穩(wěn)定的、光學(xué)透明的球形聚集體。從結(jié)構(gòu)上看，反向膠束有一個(gè)由表面活性劑分子從結(jié)構(gòu)上看，反向膠束有一個(gè)由表面活性劑分子的烴鏈組成的外殼，疏水尾指向有機(jī)溶劑，極性的烴鏈組成的外殼，疏水尾指向有機(jī)溶劑，極性頭指向聚集體內(nèi)部形成空腔頭指向聚集體內(nèi)部形成空腔, ,酶溶液

58、被包在之中。酶溶液被包在之中。由于反向膠束體系能夠較好地模擬酶的天然環(huán)境，由于反向膠束體系能夠較好地模擬酶的天然環(huán)境，因而在反向膠束體系中，大多數(shù)酶能夠保持催化因而在反向膠束體系中，大多數(shù)酶能夠保持催化活性，甚至表現(xiàn)出超活性。例如酪氨酸酶、酸性活性，甚至表現(xiàn)出超活性。例如酪氨酸酶、酸性磷酸酶、辣根過(guò)氧化物酶在反向膠束中的催化速磷酸酶、辣根過(guò)氧化物酶在反向膠束中的催化速度分別提高度分別提高5050、100100、200200倍。倍。 6 6，超臨界流體，超臨界流體 超臨界流體除具有傳統(tǒng)有機(jī)溶劑的所有優(yōu)點(diǎn)外，超臨界流體除具有傳統(tǒng)有機(jī)溶劑的所有優(yōu)點(diǎn)外，還具有液體的高密度性、氣體的高擴(kuò)散系數(shù)、低還具有

59、液體的高密度性、氣體的高擴(kuò)散系數(shù)、低粘度和低表面張力，使底物向酶的傳質(zhì)速度加快，粘度和低表面張力，使底物向酶的傳質(zhì)速度加快，從而使反應(yīng)速度提高。從而使反應(yīng)速度提高。超臨界流體作為酶的反應(yīng)介質(zhì)，對(duì)酶促反應(yīng)起著超臨界流體作為酶的反應(yīng)介質(zhì)，對(duì)酶促反應(yīng)起著重要的作用重要的作用, , 它能夠改變酶的底物專(zhuān)一性，位置它能夠改變酶的底物專(zhuān)一性，位置（或區(qū)域）選擇性和對(duì)映體選擇性，并能增強(qiáng)酶（或區(qū)域）選擇性和對(duì)映體選擇性，并能增強(qiáng)酶的穩(wěn)定性。常用的超臨界流體有的穩(wěn)定性。常用的超臨界流體有COCO2 2，SOSO2 2，CHCH2 2H H4 4，C C2 2H H6 6，C C3 3H H8 8，C C4 4

60、H H1010等。其中以等。其中以COCO2 2最為常見(jiàn)，主要是最為常見(jiàn)，主要是因?yàn)樗R界條件溫和，利于酶保持生物活性。而因?yàn)樗R界條件溫和，利于酶保持生物活性。而且且COCO2 2價(jià)格便宜，無(wú)毒無(wú)污染，符合當(dāng)今綠色化學(xué)價(jià)格便宜，無(wú)毒無(wú)污染，符合當(dāng)今綠色化學(xué)發(fā)展的方向。發(fā)展的方向。 7 7，無(wú)溶劑體系，無(wú)溶劑體系無(wú)溶劑有機(jī)合成體系有以下幾種形式：（無(wú)溶劑有機(jī)合成體系有以下幾種形式：（1 1）反應(yīng)）反應(yīng)物均為液體；（物均為液體；（2 2）一種反應(yīng)物為固態(tài)，一種為液）一種反應(yīng)物為固態(tài)，一種為液體；（體；（3 3）兩種反應(yīng)物均為固體；（）兩種反應(yīng)物均為固體；（4 4）一種反應(yīng)）一種反應(yīng)物為氣體，另一