酶的分离纯化和催化反应类型课件讲解学习

1、酶的分离纯化和催化反应类型课件3.1 3.1 酶的提取、分离纯化技术路线酶的提取、分离纯化技术路线细胞破碎细胞破碎酶提取酶提取酶分离纯化酶分离纯化酶浓缩酶浓缩酶贮存酶贮存动物、植物或微生物细胞动物、植物或微生物细胞发酵液发酵液离心分离，过滤分离，沉淀分离心分离，过滤分离，沉淀分离，层析分离，电泳分离，萃离，层析分离，电泳分离，萃取分离，结晶分离等。取分离，结晶分离等。酶酶的纯化过程，约可分为的纯化过程，约可分为三三个阶段个阶段：(1) (1) 粗粗蛋白质蛋白质 (crude (crude protein): protein): 采样采样 均均质质打破细胞打破细胞 抽出全蛋白，抽出全蛋白，多使用

2、多使用 盐盐析析沉淀沉淀法法；可；可以粗略去除蛋白质以外的以粗略去除蛋白质以外的物质。物质。(2) (2) 部分纯化部分纯化 (partially purified): (partially purified): 初步的纯化，使用各钟初步的纯化，使用各钟 柱柱层层析法析法。(3) (3) 均均质酶质酶 (homogeneous): (homogeneous): 目标酶目标酶的的进进一步精制纯化，可用一步精制纯化，可用制备制备式式电泳电泳 或或 HPLCHPLC。酶分离纯化不同阶段3.2 细胞破碎细胞破碎许多酶存在于细胞内。许多酶存在于细胞内。为了提取这些胞内酶，为了提取这些胞内酶，首先需要对细

3、胞进行破首先需要对细胞进行破碎处理。碎处理。1）机械破碎）机械破碎2）物理破碎）物理破碎3）化学破碎）化学破碎4）酶解破碎）酶解破碎JY92-II D超声波超声波细胞粉碎机细胞粉碎机细胞破碎珠细胞破碎珠高压细胞破碎机高压细胞破碎机DY89-I型型 电动玻璃匀浆机电动玻璃匀浆机机械破碎捣碎法研磨法匀浆法 物理破碎温度差破碎法压力差破碎法超声波破碎法 化学破碎有机溶剂：甲苯、丙酮丁醇、氯仿表面活性剂：Triton、Tween酶促破碎自溶法外加酶制剂法通过机械运动产生的剪切通过机械运动产生的剪切力，使组织、细胞破碎。力，使组织、细胞破碎。通过各种物理因素的作用，通过各种物理因素的作用，使组织、细胞的

4、外层结构破使组织、细胞的外层结构破坏，而使细胞破碎。坏，而使细胞破碎。通过各种化学试剂对细胞通过各种化学试剂对细胞膜的作用，而使细胞破碎膜的作用，而使细胞破碎通过细胞本身的酶系或外通过细胞本身的酶系或外加酶制剂的催化作用，使加酶制剂的催化作用，使细胞外层结构受到破坏，细胞外层结构受到破坏，而达到细胞破碎而达到细胞破碎细胞破碎方法及其原理细胞破碎方法及其原理l酶的提取是指在一定的条件下，用适当的溶剂或溶液处理含酶原料，使酶充分溶解到溶剂或溶液中的过程。也称为酶的抽提。l酶提取时首先应根据酶的结构和溶解性质，选择适当的溶剂酶的结构和溶解性质，选择适当的溶剂。一般说来，极性物质易溶于极性溶剂中，非极

5、性物质易溶于非极性的有机溶剂中，酸性物质易溶于碱性溶剂中，碱性物质易溶于酸性溶剂中。l酶都能溶解于水，通常可用水或稀酸、稀碱、稀盐溶液等进行提取水或稀酸、稀碱、稀盐溶液等进行提取，有些酶与脂质结合或含有较多的非极性基团，则可用有机溶剂提取。 3.3 3.3 酶的提取酶的提取提高温度，降低溶液粘度、增加扩散面积、縮短扩散距离，增大浓度差等都有利于提高酶分子的扩散速度，从而增大提取效果。 为了提高酶的提取率并防止酶的变性失活，在提取过程中还要注意控制好温度、pH值等提取条件。酶的主要提取方法酶的主要提取方法提取方法使用的溶剂或溶液提取对象盐溶液提取0.020.5mol/L的盐溶液用于提取在低浓度盐

6、溶液中溶解度较大的酶酸溶液提取PH26的水溶液用于提取在稀酸溶液中溶解度大，且稳定性较好的酶碱溶液提取PH812的水溶液用于提取在稀碱溶液中溶解度大且稳定性较好的酶有机溶剂提取可与水混溶的有机溶剂用于提取那些与脂质结合牢固或含有较多非极性基团的酶大多数蛋白类酶都溶于水，而且在低浓度的盐存在的条件下，酶的溶解度随盐浓度的升高而增加，这称为盐溶现象盐溶现象。 3.4 酶的分离方法酶的分离方法1、沉淀分离2、离心分离3、过滤与膜分离4、层析分离5、电泳分离6、萃取分离1 1、沉淀分离、沉淀分离沉淀分离是通过改变某些条件或添加某种物质，使酶的溶解度溶解度降低降低，而从溶液中沉淀析出，与其它溶质分离的技

7、术过程。沉淀分离方法分离原理 盐析沉淀法盐析沉淀法利用不同蛋白质在不同的盐浓度条件下溶解度不同的特性，通过在酶液中添加一定浓度的中性盐，使酶或杂质从溶液中析出沉淀，从而使酶与杂质分离等电点沉淀法等电点沉淀法利用两性电解质在等电点时溶解度最低，以及不同的两性电解质有不同的等电点这一特性，通过调节溶液的pH值，使酶或杂质沉淀析出，从而使酶与杂质分离有机溶剂沉淀法有机溶剂沉淀法利用酶与其它杂质在有机溶剂中的溶解度不同，通过添加一定量的某种有机溶剂，使酶或杂质沉淀析出，从而使酶与杂质分离复合沉淀法在酶液中加入某些物质，使它与酶形成复合物而沉淀下来，从而使酶与杂质分离选择性变性沉淀法选择一定的条件使酶液

8、中存在的某些杂质变性沉淀，而不影响所需的酶，从而使酶与杂质分离在盐浓度达到某一界限后，酶的溶解度随盐浓度升高而降低，这称为盐析现象盐析现象。 在一定的温度和pH值条件下（为常数），通过改变离子强度使不同的酶或蛋白质分离的方法称为KsKs分段盐析分段盐析；而在一定的盐和离子强度的条件下（KsI为常数），通过改变温度和pH值，使不同的酶或蛋白质分离的方法，称为分段盐析分段盐析。 在蛋白质的盐析中，通常采用的中性盐有硫酸铵、硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁、氯化钠和磷酸钠等。其中以硫酸铵最为常用以硫酸铵最为常用。这是由于硫酸铵在水中的溶解度大而且温度系数小，不影响酶的活性，分离效果好，而且价廉易得。然而用硫酸

9、铵进行盐析时，缓冲能力较差，而且铵离子的存在会干扰蛋白质的测定，所以有时也用其它中性盐进行盐析。在盐析时，溶液中硫酸铵的浓度通常以饱和度饱和度表示。 有机溶剂之所以能使酶沉淀析出。主要是由于有机溶剂的存在会使溶液的介电常数降低。例如，20时水的介电常数为80，而82乙醇水溶液的介电常数为40。溶液的介电常数降低，就使溶质分子溶液的介电常数降低，就使溶质分子间的静电引力增大，互相吸引而易于凝集，同时，对于具有水膜间的静电引力增大，互相吸引而易于凝集，同时，对于具有水膜的分子来说，有机溶剂与水互相作用，使溶质分子表面的水膜破的分子来说，有机溶剂与水互相作用，使溶质分子表面的水膜破坏，也使其溶解度降

10、低而沉淀析出。坏，也使其溶解度降低而沉淀析出。 常用于酶的沉淀分离的有机溶剂有乙醇、丙酮、异丙醇、甲醇等常用于酶的沉淀分离的有机溶剂有乙醇、丙酮、异丙醇、甲醇等 2 2、离心分离、离心分离 离心分离是借助于离心机旋转所产生的离心力，使不同大小、不同密度的物质分离的技术过程。 在离心分离时，要根据欲分离物质以及杂质的颗粒大小、密度和特性的不同，选择适当的离心机、离心方法和离心条件。常速离心机又称为低速离心机常速离心机又称为低速离心机, 其最大转速在8000 r/min以内，相对离心力（RCF）在1104 g 以下，在酶的分离纯化过程中，主要用于细胞、细胞碎片和培养基残渣等固形物的分离。也用于酶的

11、结晶等较大颗粒的分离。 高速离心机高速离心机的最大转速为（12.5）104 r/min ，相对离心力达到 11041105 g ，在酶的分离中主要用于沉淀、细胞碎片和细胞器等的分离。为了防止高速离心过程中,温度升高而造成酶的变性失活,有些高速有些高速离心机装设有冷冻装置离心机装设有冷冻装置,谓之高速冷冻离心机。谓之高速冷冻离心机。超速离心机超速离心机的最大转速达 (2.512)104 r/min，相对离心力可以高达 5105 g甚至更高。超速离心主要用于DNA、RNA、蛋白质等生物大分子以及细胞器、病毒等的分离纯化；样品纯度的检测；沉降系数和相对分子质量的测定等。超速离心机按照其用途可以分为制

12、备制备用超速离心机用超速离心机、分析用超速离心机分析用超速离心机和分析分析- -制备两用超速离心机制备两用超速离心机3种 蛋白质蛋白质分子在分子在离心离心時，時，其其 分子量、分子密度、分子量、分子密度、组成组成、形、形状状 等，均等，均会会影响影响其沉降速率，其沉降速率，沉降沉降係係系数系数 即用來描述此沉即用來描述此沉降降性质性质； 其其单位为单位为 S (Svedberg unit)。每一每一种种的沉降的沉降系数与系数与其其分子密度或分子量成正分子密度或分子量成正比。比。 不同沉降不同沉降系数系数的的蛋蛋白质白质，可利用超高速，可利用超高速离离心心法，在密度梯度中作法，在密度梯度中作分離

13、。分離。3 3、过滤与膜分离、过滤与膜分离过滤是借助于过滤介质过滤介质将不同大小、不同形状的物质分离的技术过程。过滤介质多种多样，常用的有滤纸、滤布、纤维、多孔陶瓷、烧结金属和各种高分子膜等，可以根据需要选用。过滤非膜过滤：采用高分子膜以外的物质作为过滤介质非膜过滤：采用高分子膜以外的物质作为过滤介质 膜过滤：采用各种高分子膜为过滤介质膜过滤：采用各种高分子膜为过滤介质 过滤的分类及其特性过滤的分类及其特性( (根据过滤介质截留的物质颗粒大小不同根据过滤介质截留的物质颗粒大小不同 ) ) 类别截留颗粒大小截留的主要物质过滤介质粗滤粗滤 2m酵母、霉菌、动物细胞、植物细胞、固形物等滤纸、滤布、纤

14、维多孔陶瓷、烧结金属等微滤微滤0.22m细菌、灰尘等微滤膜、微孔陶瓷超滤超滤200.2m病毒、生物大分子等超滤膜反渗透反渗透20 (40,000) 压力差，100kPa 筛分 超滤UF 120 (10,000-40,000) 压力差，100kPa 筛分 纳滤NF 1 (1001000) 压力差，100) 压力差，1000kPa 优先吸附、溶解扩散 四种常用膜分离技术的基本特征四种常用膜分离技术的基本特征 四种常用膜分离过程的截留特性四种常用膜分离过程的截留特性4 4、层析分离、层析分离层析技术，亦称色谱技术，是一种物理的分离方法。它是利利用混合物中各组分的物理化学性质的差别，使各组分以不同用混

15、合物中各组分的物理化学性质的差别，使各组分以不同程度分布在两个相中，其中一个相为固定的程度分布在两个相中，其中一个相为固定的( (称为固定相称为固定相) )，另一个相则流过此固定相另一个相则流过此固定相( (称为流动相称为流动相) )并使各组分以不同速并使各组分以不同速度移动，从而达到分离度移动，从而达到分离。层析分离方法层析分离方法 层析方法分离依据吸附层析吸附层析利用吸附剂对不同物质的吸附力吸附力不同而使混合物中各组分分离分配层析分配层析利用各组分在两相中的分配系数分配系数不同，而使各组分分离离子交换层析离子交换层析利用离子交换剂上的可解离基团（活性基团）对各种离子的亲和力亲和力不同而达到

16、分离目的凝胶层析凝胶层析以各种多孔凝胶为固定相，利用流动相中所含各种组分的相对分子质量相对分子质量不同而达到物质分离亲和层析亲和层析利用生物分子与配基之间所具有的专一而又可逆的专一而又可逆的亲和力亲和力，使生物分子分离纯化层析聚焦层析聚焦将酶等两性物质的等电点特性等电点特性与离子交换层析的特性结合在一起，实现组分分离吸附层析是利用吸附剂对不同物质的吸附力不同而使混合物中各组分分离的方法。吸附层析是各种层析技术中应用最早的技术。吸附剂来源丰富、价格低廉、可再生，吸附设备简单。吸附层析通常采用柱型装置，将吸附剂装在吸附柱中，装置成吸附层析柱吸附层析柱。层析时，欲分离的混合溶液自柱顶加入，当样品液全

17、部进入吸附层析柱后，再加入洗脱剂解吸洗脱。在洗脱时，层析柱内不断发生解吸、吸在洗脱时，层析柱内不断发生解吸、吸附、再解吸、再吸附的过程。附、再解吸、再吸附的过程。 溶剂洗脱法置换洗脱法前缘洗脱法 分配层析分配层析分配层析是利用各组分在两相中的分配系数不同，而使各组分分离的方法。分配系数分配系数是指一种溶质在两种互不相溶的溶剂中溶解达到平衡时，该溶质在两项溶剂中的浓度的比值。在层析条件确定后，层析系数是一常数。在分配层析中，通常采用一种多孔性固体支持物（如滤纸、硅藻土、纤维素等）吸着一种溶剂为固定相固定相，这种溶剂在层析过程中始终固定在多孔支持物上。另一种与固定相溶剂互不相溶的溶剂可沿着固定相流

18、动，称为流动相流动相。当某溶质在流动相的带动流经固定相时，该溶质在两相之间进行连续的动态分配。 纸上层析纸上层析分配薄层层析分配薄层层析分配气相层析分配气相层析 离子交换层析是利用离子交换剂上的可解离基团（活性基团）对可解离基团（活性基团）对各种离子的亲和力不同而达到分各种离子的亲和力不同而达到分离离目的的一种层析分离方法。离子交换剂离子交换剂是含有若干活性基团的不溶性高分子物质。通过在不溶性高分子物质（母体）上引入若干可解离基团（活性基团）而制成。按活性基团的性质不同，离子交换剂可以分为阳离子交换剂阳离子交换剂和阴阴离子交换剂离子交换剂。由于酶分子具有两性性质，所以可用阳离子交换剂，也可用阴

19、离子交换剂进行酶的分离纯化。 凝胶层析又称为凝胶过滤凝胶过滤，分子排阻层分子排阻层析析，分子筛层析分子筛层析等。是指以各种多孔凝胶为固定相，利用流动相中所含各种组分的相对分子质量不同而达到物质分离的一种层析技术。凝胶层析柱中装有多孔凝胶多孔凝胶，当含有各种组分的混合溶液流经凝胶层析柱时，大分子物质由于分子直径大，不能进入凝胶的微孔，只能分布于凝胶颗粒的间隙中，以较快的速度流过凝胶柱。较小的分子能进入凝胶的微孔内，不断地进出于一个个颗粒的微孔内外，这就使小小分子物质向下移动的速度比大分子的速分子物质向下移动的速度比大分子的速度慢，从而使混合溶液中各组分按照相度慢，从而使混合溶液中各组分按照相对分

20、子质量由大到小的顺序先后流出层对分子质量由大到小的顺序先后流出层析柱，而达到分离的目的析柱，而达到分离的目的。常用的凝胶：葡聚糖凝胶葡聚糖凝胶琼脂凝胶与琼脂糖凝胶琼脂凝胶与琼脂糖凝胶聚丙烯酰胺凝胶聚丙烯酰胺凝胶 亲和层析是利用生物分子与配基之间所具有的专一而又可逆的亲和力，而使生物分子分离纯化的技术。酶与底物酶与底物,酶与竞争性抑制剂酶与竞争性抑制剂,酶与辅酶与辅助因子助因子,抗原与抗体抗原与抗体，酶酶RNARNA与互补的与互补的RNARNA分子或片段分子或片段,RNARNA与互补的与互补的DNADNA分子分子或片段或片段等之间等之间，都是具有专一而又可逆亲和力的生物分子对。故此,亲和层析在酶

21、的分离纯化中有重要应用.亲和层析的四个要素亲和层析的四个要素常用的亲和介质及专一性配体根据欲分离组分与配基的结合特性,亲和层析可以分为：共价亲和层析共价亲和层析疏水层析疏水层析金属离子亲和层析金属离子亲和层析免疫亲和层析免疫亲和层析染料亲和层析染料亲和层析凝集素亲和层析凝集素亲和层析 5 5、电泳分离、电泳分离带电粒子在电场中向着与其本身所带电荷相反的电极移带电粒子在电场中向着与其本身所带电荷相反的电极移动的过程称为电泳。动的过程称为电泳。电泳方法按其使用的支持体的不同，可以分为： 纸电泳纸电泳 薄层电泳薄层电泳 薄膜电泳薄膜电泳 凝胶电泳凝胶电泳 自由电泳自由电泳 等电聚焦电泳等电聚焦电泳

22、颗粒在电场中的移动速度主要决定于其本身本身所带的净电荷量所带的净电荷量，同时受颗粒形状颗粒形状和颗粒大颗粒大小小的影响。此外，还受到电场强度电场强度、溶液溶液pH值值、离子强度离子强度及支持体的特性支持体的特性等外界条件的影响。 6 6、萃取分离、萃取分离萃取分离是利用物质在两相中的溶解度不同而使其分离的技术。萃取分离中的两相一般为互不相溶的两个液相。有时也可采用其它流体。按照两相的组成不同，萃取可以分为：有机溶剂萃取有机溶剂萃取双水相萃取双水相萃取超临界萃取超临界萃取反胶束萃取反胶束萃取 各种双水相系统各种双水相系统聚合物P 聚合物Q或盐聚丙二醇甲基聚丙二醇，聚乙二醇，聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷

23、酮，羟丙基葡聚糖，葡聚糖聚乙二醇聚乙烯醇，葡聚糖，聚蔗糖甲基纤维素羟甲基葡聚糖，葡聚糖乙基羟乙基纤维素葡聚糖羟丙基葡聚糖葡聚糖聚蔗糖葡聚糖聚乙二醇硫酸镁，硫酸铵，硫酸钠，甲酸钠，酒石酸钾钠某些超临界流体的超临界点和超临界密度某些超临界流体的超临界点和超临界密度流体名称临界温度()临界压力(Mpa)临界密度（g/ml）乙烷C2H632.34.880.203丙烷C3H896.94.260.220丁烷C4H10152.03.800.228戊烷C5H12296.73.280.232乙烯C2H49.95.120.227氨NH3132.411.280.236二氧化碳 CO231.17.380.46二氧化硫

24、 SO2157.67.880.525水H2O374.322.110.326笑气N2O36.57.170.451氟里昂C28.83.900.578本节目录3.5 酶的组合分离纯化策略酶的组合分离纯化策略Resolution（分辨率）（分辨率）Speed（速度）（速度）Capacity（容量）（容量）Recovery（回收率）（回收率）设计分离纯化工艺的基本要求设计分离纯化工艺的基本要求3.6 3.6 酶的浓缩、干燥与结晶酶的浓缩、干燥与结晶浓缩与干燥都是酶与溶剂（通常是水）分离的过程。在酶的分离纯化过程中是一个重要的环节。离心分离、过滤与膜分离、沉淀分离、层析分离等都能起到浓缩作用。用各种吸水剂

25、，如硅胶、聚乙二醇、干燥凝胶等吸去水分，也可以达到浓缩效果。蒸发浓缩是通过加热或者减压方法使溶液中的部分溶剂汽化蒸发，使溶液得以浓缩的过程。由于酶在高温条件下不稳定，容易变性失活，故酶液的浓缩通常采用真空浓缩真空浓缩。即在一定的真空条件下，使酶液在60以下进行浓缩。在固体酶制剂的生产过程中，为了提高酶的稳定性，便于保存、运输和使用，一般都必须进行干燥。常用的干燥方法有：真空干燥真空干燥冷冻干燥冷冻干燥喷雾干燥喷雾干燥气流干燥气流干燥吸附干燥吸附干燥结晶是溶质以晶体形式从溶液中析出的过程。酶的结晶是酶分离纯化的一种手段。它不仅为酶的结构与功能等的研究提供了适宜的样品，而且为较高纯度的酶的获得和应

26、用创造了条件。酶在结晶之前，酶液必须经过纯化达到一定的纯度酶液必须经过纯化达到一定的纯度。如果酶液纯度太低，不能进行结晶。通常酶的纯度应当在50%以上，方能进行结晶。总的趋势是酶的纯度越高，越容易进行结晶。要说明的是，不同的酶对结晶时的纯度要求不同。 有些酶在纯度达到50%时就可能结晶，而有些酶在纯度很高的条件下也无法析出结晶。所以酶的结晶并非达到绝对纯化，只是达到相当的纯度而已。 盐析结晶盐析结晶有机溶剂结晶有机溶剂结晶透析平衡结晶透析平衡结晶 等电点结晶等电点结晶 第四章第四章 生物催化反应类型生物催化反应类型生物催化反应的选择性生物催化反应的选择性1 1、化学选择性、化学选择性l 化学选

27、择性是指在一定的反应条件下，优先对底物分子中某一功能基团起化化学选择性是指在一定的反应条件下，优先对底物分子中某一功能基团起化学反应。学反应。l化学催化反应中，硼氢化钠（化学催化反应中，硼氢化钠（NaBH4NaBH4）可将酮酯分子中的酮基还原胃仲醇，而）可将酮酯分子中的酮基还原胃仲醇，而对酯基中羰基则不起反应，催化剂硼氢化钠能实现化学选择，还原产物仲醇是对酯基中羰基则不起反应，催化剂硼氢化钠能实现化学选择，还原产物仲醇是消旋体。消旋体。OCO2EtCO2EtOHCO2EtOHClOH2COOMe白色酵母白色酵母ROMeO2CNaBH4RMeO2COHHl生物催化发同样可以实现化学选择性反应，且

28、可具有一定程度得对映体选择性。生物催化发同样可以实现化学选择性反应，且可具有一定程度得对映体选择性。2 2、区域选择性、区域选择性l 区域选择性是指在一定的反应条件下，优先选择与区域选择性是指在一定的反应条件下，优先选择与分子内不同位置的某一相同功能基团起化学反应，生成某分子内不同位置的某一相同功能基团起化学反应，生成某一中异构体，而另一种异构体则很少生成。一中异构体，而另一种异构体则很少生成。l酶反应几乎具有完全的区域选择性。酶可以选择性水解底酶反应几乎具有完全的区域选择性。酶可以选择性水解底物分子中不同位置的酯基。不同的酶起选择性不同。物分子中不同位置的酯基。不同的酶起选择性不同。NC O

29、 O M eC O O M eC62HNC O O M eC O O HC62HNC O O M eC O O HC62H胰凝 空蛋 白 酶木瓜蛋 白 诶酶 的 区 域 选 择 性水 解反 应 3 3、立体选择性、立体选择性l 立体异构体是指由分子中原子在空间上排列方式不同所产立体异构体是指由分子中原子在空间上排列方式不同所产生的异构体，它可分为顺反异构体，对映异构体和构象异构体生的异构体，它可分为顺反异构体，对映异构体和构象异构体3 3种，也可分为对映异构体和非对映异构体两大类。种，也可分为对映异构体和非对映异构体两大类。l 对映选择性是指反应优先生成一对对映异构体中的某一种。对映选择性是指

30、反应优先生成一对对映异构体中的某一种。或者是反应优先消耗对映异构体反应物中的某一种对映体。或者是反应优先消耗对映异构体反应物中的某一种对映体。l 酶催化反应具有显著的立体选择性。酶催化反应具有显著的立体选择性。COOMeCOOMeCOOMeCOOH猪 肝 酯 酶（1S. 2R） 2 环 乙烷双 酸 单 酯一、生物催化反应与有机化学合成l通常用于生物催化反应的酶制剂可分为纯酶、粗酶或含有某种酶的完整微生物细胞。酶分子的状态可以是游离酶，也可是固定化状态，为了提高酶制剂的稳定性和催化活性，也可以对酶制剂本身进行修饰和改进。l酶几乎能催化各种类型的化学反应。生物催化剂的有机化学反应生物催化剂的有机化

31、学反应二、生物催化的水解反应二、生物催化的水解反应 l 水解酶的种类。例如：酯酶，肪脂酶，蛋白酶，糖水解酶的种类。例如：酯酶，肪脂酶，蛋白酶，糖苷链水解酶（淀粉酶、纤维素酶和溶菌酶）等，此类苷链水解酶（淀粉酶、纤维素酶和溶菌酶）等，此类酶对底物性不太严格，故对有机合成来说是一类特别酶对底物性不太严格，故对有机合成来说是一类特别有用的酶。有用的酶。l 生物催化水解反应可以广泛用于手性化合物的拆分，生物催化水解反应可以广泛用于手性化合物的拆分，水解酶的催化下，在低水活度的溶剂体系中可以进行水解酶的催化下，在低水活度的溶剂体系中可以进行酯或酰胺的合成反应。酯或酰胺的合成反应。l可广泛应用于酯、内酯、

32、苷、酰胺和内酰胺等化合物可广泛应用于酯、内酯、苷、酰胺和内酰胺等化合物的水解，且水解作用具有对映体有选择性。的水解，且水解作用具有对映体有选择性。 生物催化的酯水解反应生物催化的酯水解反应 l 许多蛋白水解酶能选择性的水解由L氨基酸形成的酯，对D氨基酸所形成的酯则不起催化作用，可以将消旋化的氨基酸酯进行酶法拆分。R2HNCHCOOR1R3R2NHHR3COOHHCOOR1NHR2R3蛋白酶+DL-氨基酸酯L-AAD-氨基酸酯生物催化的肽链水解反应生物催化的肽链水解反应l 多肽链的完全水解一般是应用酸催化水解法。但为了从多肽链中得到某一个肽链片断，可应用肽链内切酶选择性水解多肽链，同时亦可用肽链

33、外切酶选择性的将多肽链C端氨基酸残基酸或残基水解下来。生物催化的糖苷链水解反应生物催化的糖苷链水解反应淀粉的酶水解淀粉的酶水解l直链淀粉是由直链淀粉是由D D葡萄糖分子通过葡萄糖分子通过（1 1、4 4）糖苷链）糖苷链连接而成的链状化合物，支链淀粉是由多个（连接而成的链状化合物，支链淀粉是由多个（1 1，4 4）糖苷）糖苷链直链通过（链直链通过（1 1，6 6）糖苷链连接而成的树枝状化合物。）糖苷链连接而成的树枝状化合物。l淀粉水解酶中重要的是直链淀粉水解酶，主要包括淀粉水解酶中重要的是直链淀粉水解酶，主要包括淀粉淀粉酶、酶、淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和（1 1，6 6）糖苷酶

34、）糖苷酶4 4种。各种酶的水解位点如下图。种。各种酶的水解位点如下图。蔗糖的水解酶蔗糖的水解酶l蔗糖是二糖的典型代表。应用蔗糖是二糖的典型代表。应用葡萄糖苷酶可葡萄糖苷酶可以将蔗糖水解成葡萄糖和水果糖。以将蔗糖水解成葡萄糖和水果糖。纤维素的酶水解纤维素的酶水解l纤维素是由纤维素是由D D葡萄糖通过葡萄糖通过（1 1，4 4）糖）糖苷链连接而成的长链大分子。纤维素酶可特异性苷链连接而成的长链大分子。纤维素酶可特异性的水解的水解（1 1，4 4）糖苷链，将纤维素水解成）糖苷链，将纤维素水解成葡萄糖。葡萄糖。生物催化的酰胺水解反应l生物催化酰胺水解在生物催化酰胺水解在内酰胺环类抗生素制药工作中非常重

35、要。内酰胺环类抗生素制药工作中非常重要。l例如：将青霉素和头孢菌素水解获得合成各种新青霉素和头孢霉素的重例如：将青霉素和头孢菌素水解获得合成各种新青霉素和头孢霉素的重要母核要母核6 6氨基青霉烷酸（氨基青霉烷酸（6 6APAAPA）和）和7 7氨基头孢烷酸（氨基头孢烷酸（7 7ACAACA）和）和7 7氨基乙酰氧基头孢烷酸（氨基乙酰氧基头孢烷酸（7 7ADCAADCA），而不引起），而不引起 内酰胺环的开裂。内酰胺环的开裂。三、生物催化的氧化还原反应三、生物催化的氧化还原反应1、生物催化过程氧化还原酶和氧化还原反应酶催化氧化还原反应特点：整个反应是分布进行的，每步均由相应的酶催化；反应过程中碳原子和氢原子的氧化、电子的迁移和质子的传递等，可以是非同步进行；反应过程中能量的释放和吸收也是分布进行的。氧化还原酶 氧化还原反应酶在组成上比水解酶要复杂得多，氧化还原酶由酶蛋白和辅因子组成。常见的辅酶因子包括：辅酶，如NAD+，NADP+，FAD，等，金属离子，如，。 l微生物细胞催化醛和酮的还原微生物细胞催化醛和酮的还原l某些微生物细胞含有能够接收非天然底物的脱氢酶、某些微生物细胞含有能够接收非天然底物的脱氢酶、必需的辅因子和再生代谢途径。必需的辅因子和再生代谢途径。l例如面包酵母是酮的不对称还原中应用最广泛的一种例如面