1、Chapter 8 Enzymatic catalysis in Non-aqueous system酶的非水相催化1ppt课件非 水 相 酶 催 化 反 应人类认识的进步 长期以来，人们认为酶只能在水相中进行催化，而有关酶长期以来，人们认为酶只能在水相中进行催化，而有关酶的催化理论是基于酶在水溶液中催化反应建立起来的传统的催化理论是基于酶在水溶液中催化反应建立起来的传统的酶学理论认为，有机溶剂是酶的变性剂、失活剂，酶在的酶学理论认为，有机溶剂是酶的变性剂、失活剂，酶在非水相中不具有催化能力非水相中不具有催化能力 20 世纪初，世纪初，Bourquelot 等人将乙醇、丙酮等有机溶剂加等人将乙
2、醇、丙酮等有机溶剂加入到酶的水溶液中，发现当含水量很高时，酶仍具有一定入到酶的水溶液中，发现当含水量很高时，酶仍具有一定催化活力，但比水相中低很多催化活力，但比水相中低很多 1936 年，年，Sym（波兰）报道了酯酶在有机溶剂中的催化作（波兰）报道了酯酶在有机溶剂中的催化作用，但一直存在争议，未能引起科学界的重视用，但一直存在争议，未能引起科学界的重视2ppt课件 人类认识的进步 Sym E. A., Sym E. A., Biochemical JournalBiochemical Journal, 1936, 30: 609-617, 1936, 30: 609-6173ppt课件 人类认
3、识的进步 1966 年，年，Dostoli 和和 Siegel 分别报道胰凝乳蛋白酶和辣根分别报道胰凝乳蛋白酶和辣根过氧化物酶在几种非极性有机溶剂中具有催化活力过氧化物酶在几种非极性有机溶剂中具有催化活力 19751983 年间，年间，Buckland 和和 Martinek 等对游离酶和固等对游离酶和固定化酶在有机溶剂中合成类固醇及甾醇转化中的应用进行定化酶在有机溶剂中合成类固醇及甾醇转化中的应用进行了大量的探索了大量的探索 1977 年，年，Klibanov 等人报道了在水等人报道了在水/氯仿两相体系中脂肪氯仿两相体系中脂肪酶催化酶催化 N-乙酰乙酰-L-色氨酸与乙醇的酯化反应，在水中收率
4、色氨酸与乙醇的酯化反应，在水中收率极低，而在两相体系中竟达到极低，而在两相体系中竟达到 100% 1984 年，年，Zaks 和和 Klibanov 在在 Science 杂志上发表了一篇杂志上发表了一篇关于酶在有机介质中催化条件和特点的文章，他们指出，关于酶在有机介质中催化条件和特点的文章，他们指出，只要条件适合，酶可以在非水体系中表现出活性，并催化只要条件适合，酶可以在非水体系中表现出活性，并催化天然或非天然的底物发生转化，这一报道引起了全球科学天然或非天然的底物发生转化，这一报道引起了全球科学界的关注界的关注4ppt课件 引起全球关注的“非水相酶催化”的报道 Porcine pancre
5、atic lipase catalyzes the trans-Porcine pancreatic lipase catalyzes the trans-esterification reaction between tributyrin and various esterification reaction between tributyrin and various primary and secondary alcohols in a 99 percent organic primary and secondary alcohols in a 99 percent organic me
6、dium. Upon further dehydration, the enzyme becomes medium. Upon further dehydration, the enzyme becomes extremely thermo-stable. Not only can the dry lipase extremely thermo-stable. Not only can the dry lipase withstand heating at 100 degrees C for many hours, but it withstand heating at 100 degrees
7、 C for many hours, but it exhibits a high catalytic activity at that temperature. exhibits a high catalytic activity at that temperature. Reduction in water content also alters the substrate Reduction in water content also alters the substrate specificity of the lipase: in contrast to its wet specif
8、icity of the lipase: in contrast to its wet counterpart, the drycounterpart, the dryenzyme does not react with bulky tertiary alcohols.enzyme does not react with bulky tertiary alcohols. Zaks A., and Klibanov A. M., Enzymatic catalysis in organic media at 100 degrees C, Science, 1984, 224: 1249-1251
9、 (DOI: 10.1126/science.6729453)5ppt课件人类认识的进步 1984 1984 年之后，非水相中的酶催化研究开始活跃起来。年之后，非水相中的酶催化研究开始活跃起来。 近年来，人们对非水介质中的酶结构与功能、酶作用机制、近年来，人们对非水介质中的酶结构与功能、酶作用机制、酶作用动力学等进行了大量研究，建立起非水酶学（酶作用动力学等进行了大量研究，建立起非水酶学（non-non-aqueous enzymologyaqueous enzymology）。）。 同时人们还对酶催化的介质进行了大量研究，开发出各种同时人们还对酶催化的介质进行了大量研究，开发出各种非水介质和
10、新的酶促反应体系，发展出了介质工程非水介质和新的酶促反应体系，发展出了介质工程（medium engineeringmedium engineering），拓宽了酶催化反应的应用范围，），拓宽了酶催化反应的应用范围，使酶法合成逐步发展成为与化学法合成相互补充的合成方使酶法合成逐步发展成为与化学法合成相互补充的合成方法。法。6ppt课件第一节 酶的非水相催化概论 非水相酶催化的优势 增加某些底物的溶解度增加某些底物的溶解度 改变反应平衡改变反应平衡 改变或提高酶的选择性改变或提高酶的选择性7ppt课件酶非水相催化的几种类型有机介质中的酶催化有机介质中的酶催化 有机介质中的酶催化是指酶在含有一定量
11、水的有机溶剂有机介质中的酶催化是指酶在含有一定量水的有机溶剂中进行的催化反应。适用于底物、产物两者或其中之一为疏中进行的催化反应。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。酶在有机介质中由于能够基本保持水性物质的酶催化作用。酶在有机介质中由于能够基本保持其完整的结构和活性中心的空间构象，所以能够发挥其催化其完整的结构和活性中心的空间构象，所以能够发挥其催化功能。功能。气相介质中的酶催化气相介质中的酶催化 酶在气相介质中进行的催化反应。适用于底物是气体或酶在气相介质中进行的催化反应。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。者能够转化为气体的物质的酶催化反应。 由于气体
12、介质的由于气体介质的密度低，扩散容易，因此酶在气相中的催化作用与在水溶液密度低，扩散容易，因此酶在气相中的催化作用与在水溶液中的催化作用有明显的不同特点。中的催化作用有明显的不同特点。8ppt课件超临界介质中的酶催化超临界介质中的酶催化 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超临界点的流体。温度和压力超过某物质超临界点的流体。 离子液介质中的酶催化离子液介质中的酶催化 酶在离子液中进行的催化作用。酶在离子液中进行的催化作用。离子液（离子液（ionic ionic liquidsliquids）是由有机阳离子与有机（无机）
13、阴离子构成的在）是由有机阳离子与有机（无机）阴离子构成的在室温条件下呈液态的低熔点盐类室温条件下呈液态的低熔点盐类，挥发性低、稳定性好。，挥发性低、稳定性好。酶在离子液中的催化作用具有良好的稳定性和区域选择性、酶在离子液中的催化作用具有良好的稳定性和区域选择性、立体选择性、键选择性等显著特点。立体选择性、键选择性等显著特点。 9ppt课件第二节 有机介质中水和有机溶剂对酶催化反应的影响 有机溶剂中酶分子存在形式有机溶剂中酶分子存在形式 固态酶：以固体形式存在于有机相中固态酶：以固体形式存在于有机相中 冷冻干燥的酶粉冷冻干燥的酶粉 固定化酶固定化酶 结晶酶结晶酶 今后的热点今后的热点 可溶解酶可
14、溶解酶 水溶性大分子共价修饰酶水溶性大分子共价修饰酶 非共价修饰的高分子非共价修饰的高分子/酶复合物酶复合物 表面活性剂表面活性剂/酶复合物酶复合物 微乳液中的酶微乳液中的酶10ppt课件 微水介质体系（微水介质体系（micro-aqueous media systemmicro-aqueous media system） 由有机溶剂和微量水组成的反应体系，即通常所说的有机介质由有机溶剂和微量水组成的反应体系，即通常所说的有机介质体系体系 大部分的微量水以酶分子的结合水形式存在，对维持酶分子的大部分的微量水以酶分子的结合水形式存在，对维持酶分子的空间构象和催化活性至关重要；另一部分水分配在有机
15、溶剂中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 酶以固态的形式悬浮于有机介质中酶以固态的形式悬浮于有机介质中 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 水水 / 极性有机溶剂混溶体系，水和有机相的比例都很大，酶和极性有机溶剂混溶体系，水和有机相的比例都很大，酶和底物以溶解的状态存在于此体系中底物以溶解的状态存在于此体系中 强极性有机溶剂对酶的结构和活力影响较大，适用的酶较少强极性有机溶剂对酶的结构和活力影响较大，适用的酶较少 例：辣根过氧化物酶（例：辣根过氧化物酶（horseradish peroxidase，HRP）在此）在此类介质中能催化酚类或芳香胺的聚合
16、类介质中能催化酚类或芳香胺的聚合常见有机介质反应体系 11ppt课件 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 由水和疏水有机溶剂组成两相或多相体系由水和疏水有机溶剂组成两相或多相体系 游离酶、亲水性底物溶于水相，疏水性底物或产物溶于有机相，游离酶、亲水性底物溶于水相，疏水性底物或产物溶于有机相，固定化酶则悬浮于两相的界面；催化反应在两相界面进行固定化酶则悬浮于两相的界面；催化反应在两相界面进行 胶束体系胶束体系 正胶束体系（正胶束体系（normal micelles system） 水为主体，表面活性剂的极性端朝外，非极性端朝内，酶在液水为主体，表面活性剂
17、的极性端朝外，非极性端朝内，酶在液相主体中，反应在胶束两相界面进行相主体中，反应在胶束两相界面进行 反胶束体系（反胶束体系（reverse micelles system） 有机溶剂为主体，表面活性剂的极性端朝内，非极性端朝外，有机溶剂为主体，表面活性剂的极性端朝内，非极性端朝外，酶在反胶束内部的水相中，反应在胶束两相界面进行酶在反胶束内部的水相中，反应在胶束两相界面进行12ppt课件常见的有机介质体系 胶束体系示意图13ppt课件有机介质中水对酶催化反应的影响 微水有机介质中水的分布和形态 结合水结合水 与酶粉水合的结合水、固定载体和其他杂质的结合水与酶粉水合的结合水、固定载体和其他杂质的结
18、合水 自由水自由水 溶于有机溶剂中溶于有机溶剂中 与酶结合的水量，以及水在酶分子中的位置是影响酶的活力、稳定性以及专一性的决定因素 水对于酶催化活性构象的获得与保持是必须的，但水也与许多酶的失活过程有关，即水对酶催化反应具有双重作用14ppt课件 水分子直接或间接地通过氢键、疏水键、范德华力等非共价相互作用来维持酶的催化水分子直接或间接地通过氢键、疏水键、范德华力等非共价相互作用来维持酶的催化活性所必需的构象活性所必需的构象 酶分子周围水的存在（水化层），能降低酶分子中极性氨基酸酶分子周围水的存在（水化层），能降低酶分子中极性氨基酸残基之间的相互作用，防止产生不正确的构象残基之间的相互作用，防
19、止产生不正确的构象 必需水（必需水（essential water） 定义：维持酶分子完整的空间构象所必须的最低水量，通常是与定义：维持酶分子完整的空间构象所必须的最低水量，通常是与酶分子紧密结合的一层左右的水分子，即水化层酶分子紧密结合的一层左右的水分子，即水化层 不同酶与必需水结合的紧密程度，以及所结合的必需水数量是不不同酶与必需水结合的紧密程度，以及所结合的必需水数量是不同的同的 必需水是维持酶分子间次级键所必需的，是维持酶构象的必需水是维持酶分子间次级键所必需的，是维持酶构象的“润滑润滑剂剂”15ppt课件 水对酶催化反应速率的影响水对酶催化反应速率的影响 典型的非水酶体系中水含量通常
20、只占典型的非水酶体系中水含量通常只占 0.01%，但其微小差距，但其微小差距会导致酶催化活力的较大改变会导致酶催化活力的较大改变 最适含水量：在酶催化反应速率达到最大时的水含量最适含水量：在酶催化反应速率达到最大时的水含量 酶含水量酶含水量 最适含水量，酶构象过于最适含水量，酶构象过于“柔性柔性”，因变构而失活，因变构而失活 同一种酶，反应系统的最适含水量与有机溶剂的种类、酶的纯同一种酶，反应系统的最适含水量与有机溶剂的种类、酶的纯度、固定化酶的载体性质和修饰性质等因素有关度、固定化酶的载体性质和修饰性质等因素有关16ppt课件 水活度（水活度（water activitywater acti
21、vity） 为了排除溶剂对最适含水量的影响，为了排除溶剂对最适含水量的影响，Halling 建议用建议用“水活度水活度”描述有机介质中酶催化活力与水的关系描述有机介质中酶催化活力与水的关系 水活度（水活度（Aw） 体系中水的逸度（体系中水的逸度（fugacity）与纯水逸度之比，近似等于体系中）与纯水逸度之比，近似等于体系中水的蒸气压与相同条件下纯水的蒸气压之比水的蒸气压与相同条件下纯水的蒸气压之比 最适含水量与溶剂极性成正比，而最佳水活度与溶剂极性大小最适含水量与溶剂极性成正比，而最佳水活度与溶剂极性大小无关，故采用水活度作参数更确切无关，故采用水活度作参数更确切 Aw 值较小值较小 有机溶
22、剂中键合到酶上的水量与在空气中键合到酶上的水量非常有机溶剂中键合到酶上的水量与在空气中键合到酶上的水量非常相似，表明有机溶剂没有直接影响水与酶紧密结合相似，表明有机溶剂没有直接影响水与酶紧密结合 Aw 值较大值较大 有机溶剂使酶结合的水量减少（溶剂与键合位点的水分子发生直有机溶剂使酶结合的水量减少（溶剂与键合位点的水分子发生直接竞争）接竞争）17ppt课件有机溶剂对酶催化反应的影响 有机溶剂通过与水、酶、底物和产物的相互作用，直接或有机溶剂通过与水、酶、底物和产物的相互作用，直接或间接影响酶的活性和稳定性间接影响酶的活性和稳定性 有机溶剂主要通过以下三种途径发生作用有机溶剂主要通过以下三种途径
23、发生作用 (1) 有机溶剂与酶直接发生作用，通过干扰氢键和疏水键等改有机溶剂与酶直接发生作用，通过干扰氢键和疏水键等改变酶的构象，从而导致酶的活性被抑制或酶的失活变酶的构象，从而导致酶的活性被抑制或酶的失活 (2) 有机溶剂和能扩散的底物有机溶剂和能扩散的底物 / 反应产物相互作用，影响正常反应产物相互作用，影响正常反应的进行反应的进行 (3) 有机溶剂直接和酶分子周围的水相互作用有机溶剂直接和酶分子周围的水相互作用18ppt课件 对酶分子表面结构的影响对酶分子表面结构的影响 酶分子与溶剂的直接接触，其表面结构发生不可忽视的变化酶分子与溶剂的直接接触，其表面结构发生不可忽视的变化 例：枯草杆菌
24、蛋白酶在乙腈中，有例：枯草杆菌蛋白酶在乙腈中，有 12 个乙腈分子结合到酶分个乙腈分子结合到酶分子中，其中有子中，其中有 4 个是原来水分子结合的位点个是原来水分子结合的位点 对酶活性中心结合位点的影响对酶活性中心结合位点的影响 减少整个活性中心的数量，活性中心数目丧失的多少取决于溶减少整个活性中心的数量，活性中心数目丧失的多少取决于溶剂的疏水性强弱剂的疏水性强弱 溶剂分子能渗透入酶的活性中心，与底物竞争酶活性中心的结溶剂分子能渗透入酶的活性中心，与底物竞争酶活性中心的结合位点，降低活性中心的极性，增加酶与底物的静电斥力合位点，降低活性中心的极性，增加酶与底物的静电斥力 例：甲醇可进入辣根过氧
25、化物酶的活性中心，与铁卟啉配位结例：甲醇可进入辣根过氧化物酶的活性中心，与铁卟啉配位结合合19ppt课件 对酶活性的影响对酶活性的影响溶剂极性与酶活力的关系溶剂极性与酶活力的关系 溶剂对底物和产物分配的影响溶剂对底物和产物分配的影响 酶的酶的“必需水必需水”层是底物、产物分布的中介层是底物、产物分布的中介 有机溶剂能改变酶分子有机溶剂能改变酶分子“必需水必需水”层中底物或产物的浓度层中底物或产物的浓度 有机溶剂极性小，疏水性强，疏水性底物难于进入有机溶剂极性小，疏水性强，疏水性底物难于进入“必需水必需水”层层 有机溶剂极性强，亲水性强，疏水性底物在有机溶剂中溶解度太有机溶剂极性强，亲水性强，疏
26、水性底物在有机溶剂中溶解度太低低20ppt课件底物专一性 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变，致使酶的底物特异性发生改变 解释：疏水性的相对强弱解释：疏水性的相对强弱第三节第三节 酶在有机介质中的催化特性酶在有机介质中的催化特性21ppt课件 不同的有机介质，酶的底物专一性也不一样不同的有机介质，酶的底物专一性也不一样 极性较强的有机溶剂中，疏水性较强的底物易反应极性较强的有机溶剂中，疏水性较强的底物易反应 极性较弱的有机溶剂中，疏水性较弱的底物易反应极性较弱的有机溶剂中，疏水性较弱的底物易反应2
27、2ppt课件 对映体选择性 对映体选择性（对映体选择性（enantioselectivityenantioselectivity）是酶在对称的外消旋化合物中识别一种异构体）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的指标。的能力大小的指标。 酶在水溶液中催化的对映体选择性较强，而在疏水性强的有机介质中对映体选择性较酶在水溶液中催化的对映体选择性较强，而在疏水性强的有机介质中对映体选择性较差差23ppt课件区域选择性 区域选择性（区域选择性（regioselectivityregioselectivity） ，即酶能够选择性地，即酶能够选择性地催化底物分子中某个区域的基团优先发生反应催化
28、底物分子中某个区域的基团优先发生反应化学键选择性 键选择性（键选择性（chemoselectivitychemoselectivity），即同一个底物分子中有），即同一个底物分子中有两种以上化学键可与酶反应，酶对其中一种优先反应两种以上化学键可与酶反应，酶对其中一种优先反应 键选择性的意义：可在不需要基团保护的情况下对特定部键选择性的意义：可在不需要基团保护的情况下对特定部位的基团进行衍生化位的基团进行衍生化24ppt课件 热稳定性 许多酶在有机介质中的热稳定性比在水溶液中的好许多酶在有机介质中的热稳定性比在水溶液中的好 部分酶在有机介质中能耐受高热部分酶在有机介质中能耐受高热 有机溶剂中酶的
29、热稳定性还与介质中水含量有关有机溶剂中酶的热稳定性还与介质中水含量有关 水含量高，稳定性低水含量高，稳定性低25ppt课件 pH 特性 “pH 记忆记忆”（pH imprinting）现象）现象 在有机介质中，酶所处的在有机介质中，酶所处的 pH 环境与酶在冻干、溶剂沉淀或吸环境与酶在冻干、溶剂沉淀或吸附到载体上之前所使用的缓冲液的附到载体上之前所使用的缓冲液的 pH 相同，也称相同，也称“pH 印迹印迹” 原因原因 “必需水必需水” 在有机溶剂中酶分子表面的在有机溶剂中酶分子表面的“必需水必需水”只要在特定的只要在特定的 pH 和离和离子强度下，酶分子活性中心周围的基因才能处于最佳的离子化子
30、强度下，酶分子活性中心周围的基因才能处于最佳的离子化状态，当酶分子从水溶液转移到有机介质时，原有的解离状态状态，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不变，被保持在有机介质中26ppt课件第四节 有机介质中酶催化反应的条件及其控制 酶的选择依据 酶活力高低酶活力高低 反应速率和反应时间反应速率和反应时间 酶的稳定性酶的稳定性 可重复使用的次数可重复使用的次数 酶催化的选择性酶催化的选择性 产物中某种异构体的产率和纯度产物中某种异构体的产率和纯度 底物的选择和浓度控制 底物的极性与溶解度底物的极性与溶解度 底物专一性的变化底物专一性的变化 底物的可接近程度底物的
31、可接近程度 底物在溶剂与底物在溶剂与“必需水必需水”中的分配情况中的分配情况 底物的抑制情况底物的抑制情况27ppt课件有机溶剂的选择 溶剂极性判据溶剂极性判据 介电常数（介电常数（ ）疏水性参数（疏水性参数（lglgP P） 溶剂极性应适中溶剂极性应适中 与水混溶的有机介质含量与水混溶的有机介质含量28ppt课件 含水量的控制 水活度的控制：向干燥的反应器中直接加入某种高水合盐可获得恒定的水活度水活度的控制：向干燥的反应器中直接加入某种高水合盐可获得恒定的水活度 原理原理 高水合盐在初始阶段释放结合水到体系中，供给酶必需水，本高水合盐在初始阶段释放结合水到体系中，供给酶必需水，本身变为低水合
32、盐身变为低水合盐 反应后期，此低水合盐结合反应产生的水变为高水合盐，保持反应后期，此低水合盐结合反应产生的水变为高水合盐，保持了体系的水活度了体系的水活度29ppt课件 温度的控制 温度升高，最适温度变化温度升高，最适温度变化 ？ 温度升高，立体选择性变化温度升高，立体选择性变化 ？ pH 和离子强度的控制 最适最适 pH pH 值值 酶在冷冻干燥过程中，酶在冷冻干燥过程中，pH pH 状态发生变化状态发生变化 冷冻干燥保护剂冷冻干燥保护剂 在酶液冻干之前或催化过程采取保护措施，可加有机相缓冲液调节反在酶液冻干之前或催化过程采取保护措施，可加有机相缓冲液调节反应时的应时的 pH pH 值值30
33、ppt课件 有机介质酶催化反应的优点 水分子含量少，酶分子的构象更具有水分子含量少，酶分子的构象更具有“刚性刚性” 引起酶变性的很多因素，与水的存在有关，有机溶剂可增加稳定性引起酶变性的很多因素，与水的存在有关，有机溶剂可增加稳定性 降低了有水参加的副反应降低了有水参加的副反应 省略产物分离萃取过程，提高收率省略产物分离萃取过程，提高收率31ppt课件第五节 酶非水相催化的应用 常见部分酶在非水相催化中的应用酶酶催化的反应催化的反应应应 用用脂肪酶脂肪酶肽键的生成肽键的生成青霉素青霉素 G 前体肽合成前体肽合成酯合成、转酯化酯合成、转酯化各种酯类化合物的生产各种酯类化合物的生产聚合聚合二酯的选
34、择性聚合二酯的选择性聚合酰基化酰基化甘醇的酰基化甘醇的酰基化水解水解植物油脱胶（去除磷脂）植物油脱胶（去除磷脂）氨解氨解苯甘氨酸甲酯的拆分苯甘氨酸甲酯的拆分蛋白酶蛋白酶肽合成肽合成合成多肽合成多肽酰基化酰基化糖类酰基化糖类酰基化羟基化酶羟基化酶氧化氧化甾体药物生物转化甾体药物生物转化过氧化物酶过氧化物酶聚合聚合酚类、胺类化合物的聚合酚类、胺类化合物的聚合多酚氧化酶多酚氧化酶氧化氧化芳香族化合物的羟基化芳香族化合物的羟基化醇脱氢酶醇脱氢酶酯化酯化有机硅醇的酯化有机硅醇的酯化32ppt课件手性技术领域手性技术领域 手性药物手性药物 手性（手性（chirality）化合物，是指化学组成化合物，是指化
35、学组成相同，而其立体结构互相同，而其立体结构互为对映体的两种异构体为对映体的两种异构体化合物。化合物。 手性药物，是指只手性药物，是指只含单一对映体的药物。含单一对映体的药物。33ppt课件手性药物对映体的药效差异对映体对映体 A对映体对映体 B实实 例例疗效显著疗效显著疗效很弱或无效疗效很弱或无效S-(+)-neproxen（萘普生）的疗效是（萘普生）的疗效是 R-(-)-neproxen 的的28倍倍具有疗效具有疗效毒副作用毒副作用R-thalidomide（反应停）具有镇静作用；而（反应停）具有镇静作用；而 S-thalidomide 却能导致婴儿畸胎却能导致婴儿畸胎具有药效具有药效 A
36、具 有 相 反 药 效具 有 相 反 药 效 A5-(二甲丁基二甲丁基)-5-乙基巴比妥左旋体乙基巴比妥左旋体对神经系统对神经系统有镇静作用；而其有镇静作用；而其右旋体右旋体却有兴奋作用，但比却有兴奋作用，但比左旋体的镇静作用弱得多左旋体的镇静作用弱得多具有药效具有药效 A具有药效具有药效 B（与（与A无关）无关）S-trtoquinol（喘速宁）具有扩张支气管的药效；（喘速宁）具有扩张支气管的药效；而而 R-trtoquinol 具有抑制血小板凝集的作用具有抑制血小板凝集的作用具有药效具有药效 A具有互补性药效具有互补性药效 AS-propranolol（心得安）具有阻断（心得安）具有阻断
37、-受体的受体的作用，而作用，而 R-propranolol 具有抑制具有抑制 Na+ 通道的通道的作用，因此外消旋体用药效果更好作用，因此外消旋体用药效果更好34ppt课件1960 年代“反应停”事件 反应停是抗妊娠反应的镇静药沙利度胺的俗反应停是抗妊娠反应的镇静药沙利度胺的俗称。孕妇在怀孕一二个月之间，服用了反应停的称。孕妇在怀孕一二个月之间，服用了反应停的母亲生出畸形儿。这种婴儿手脚比正常人短，甚母亲生出畸形儿。这种婴儿手脚比正常人短，甚至根本没有手脚。截至至根本没有手脚。截至 1963 年，在世界各地由年，在世界各地由于服用该药物而诞生了于服用该药物而诞生了 12000 多名畸形婴儿。这
38、多名畸形婴儿。这种药物的种药物的 (R)-构型是安全有效的，而构型是安全有效的，而 (S)-构型被构型被妊娠妇女服用后却能造成短肢畸胎。妊娠妇女服用后却能造成短肢畸胎。35ppt课件 例例1 1：环氧丙醇衍生物的酶法拆分：环氧丙醇衍生物的酶法拆分 重要的重要的 C3 手性合成中间体，用于合成手性合成中间体，用于合成 -受体阻断剂类药物、受体阻断剂类药物、HIV 蛋白酶抑制剂、抗病毒药物等蛋白酶抑制剂、抗病毒药物等 采用猪胰脂肪酶（采用猪胰脂肪酶（PPL）在有机溶剂中进行拆分）在有机溶剂中进行拆分36ppt课件 例例2 2：布洛芬（：布洛芬（ibuprofenibuprofen）的酶法拆分）的酶
39、法拆分 采用脂肪酶，在采用脂肪酶，在 80% 异辛烷与异辛烷与 20% 甲苯组成的混合溶剂中，甲苯组成的混合溶剂中，可以得到较高可以得到较高 e.e. 值的值的 (S)-布洛芬布洛芬 添加少量极性溶剂如添加少量极性溶剂如 DMF，e.e. 值可提高至值可提高至 91%37ppt课件手性聚合物制备 手性聚合物，亦称手性聚合物，亦称“旋光性聚合物旋光性聚合物 (optically active (optically active polymer)polymer)”，其分子中存在构型或构象上的不对称结构，其分子中存在构型或构象上的不对称结构，因此具有旋光性质因此具有旋光性质 聚合物旋光性的来源聚合物
40、旋光性的来源 手性单体聚合得到：如手性单体聚合得到：如 氨基酸氨基酸 蛋白质蛋白质 聚合物分子的手性构象：如聚合物分子的手性构象：如 DNA 双螺旋双螺旋 手性聚合物具有特殊的光、电、磁性等特征，可作为特殊手性聚合物具有特殊的光、电、磁性等特征，可作为特殊的功能性材料使用的功能性材料使用 采用脂肪酶可在有机介质中通过转酯化反应合成手性聚合采用脂肪酶可在有机介质中通过转酯化反应合成手性聚合物物38ppt课件 可降解高分子 可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聚合物材料可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聚合物材料 可降解高分子用途广泛可降解高分子用途广
41、泛领域领域应应 用用领域领域应应 用用医疗医疗外科手术缝合线外科手术缝合线伤口涂料伤口涂料人造血管制品人造血管制品药物缓释控释体系药物缓释控释体系骨骼替代品和固定物骨骼替代品和固定物工业工业无污染、可降解包装材料无污染、可降解包装材料除锈剂、抗菌剂载体除锈剂、抗菌剂载体农业农业可降解农用薄膜可降解农用薄膜肥料、杀虫剂、除草剂控释材肥料、杀虫剂、除草剂控释材料料39ppt课件 可降解高分子 内酯的开环聚合内酯的开环聚合40ppt课件 可降解高分子 聚糖酯的合成聚糖酯的合成41ppt课件光电功能材料 辣根过氧化物酶（辣根过氧化物酶（horseradish peroxidase，HRP，EC 1.1
42、1.1.7） HRP 是一种糖蛋白，在辣根中该酶的含量很高，故名是一种糖蛋白，在辣根中该酶的含量很高，故名 HRP 以铁卟啉为辅基，在过氧化氢存在时能催化苯酚、苯胺以铁卟啉为辅基，在过氧化氢存在时能催化苯酚、苯胺及其取代物生成自由基，并引发自由基聚合及其取代物生成自由基，并引发自由基聚合42ppt课件 光电功能材料 HRP HRP 催化酚的聚合催化酚的聚合自由基聚合阶段自由基聚合阶段自由基链传递阶段自由基链传递阶段43ppt课件 光电功能材料 发光聚合物发光聚合物 聚对苯基苯酚的合成聚对苯基苯酚的合成 酶法合成的聚酚具有较高酶法合成的聚酚具有较高的三阶非线性光学系数的三阶非线性光学系数 X(3
43、)，是重要的非线性光学材料。是重要的非线性光学材料。44ppt课件 光电功能材料 导电聚合物导电聚合物 聚酚胺的合成聚酚胺的合成 酶法合成的聚酚胺类物质具有酶法合成的聚酚胺类物质具有 电子共轭结构，通过掺杂表电子共轭结构，通过掺杂表现出一定的导电性现出一定的导电性 HRP 能够以过氧化氢为电子受体，专一地催化氨基酚类物质能够以过氧化氢为电子受体，专一地催化氨基酚类物质的过氧化反应，并引发聚合的过氧化反应，并引发聚合45ppt课件 食品添加剂生产 食品乳化剂甘油单酯的生产食品乳化剂甘油单酯的生产 食用香料香兰素的合成食用香料香兰素的合成46ppt课件食品添加剂生产 甜味剂阿斯巴甜（甜味剂阿斯巴甜
44、（AsPartameAsPartame）的合成）的合成 “阿斯巴甜阿斯巴甜”即即 L-天冬氨酰天冬氨酰-L-苯丙氨酸甲酯，是人造甜味剂，苯丙氨酸甲酯，是人造甜味剂，甜度是蔗糖的甜度是蔗糖的 150200 倍倍 主要添加于饮料、维他命含片或口香糖，代替糖的使用；许多主要添加于饮料、维他命含片或口香糖，代替糖的使用；许多糖尿病患者、减肥人士都以阿斯巴甜做为糖的代用品糖尿病患者、减肥人士都以阿斯巴甜做为糖的代用品 由嗜热蛋白酶催化由嗜热蛋白酶催化 L-苯丙氨酸甲酯与苯丙氨酸甲酯与 L-天冬氨酸缩合产生天冬氨酸缩合产生47ppt课件 甾体药物转化 甾体药物的一般结构甾体药物的一般结构48ppt课件甾体
45、药物转化 甾体药物在水中溶解度小，在水相中的转化率很低，采用甾体药物在水中溶解度小，在水相中的转化率很低，采用有机相催化可以大大提高转化率有机相催化可以大大提高转化率 例：可的松（例：可的松（cortisonecortisone）转化为氢化可的松）转化为氢化可的松（hydrocortisonehydrocortisone） 11 -羟化酶：又称细胞色素羟化酶：又称细胞色素 P450 11B1，催化甾体母核，催化甾体母核 11 位位上的上的 -羟基化反应羟基化反应49ppt课件生物柴油生产 柴油（柴油（dieseldiesel）：石油提炼后的一种油质的产物，主要成）：石油提炼后的一种油质的产物，
46、主要成分是含分是含 C C1010C C2222 的脂肪烷烃烷、环烷烃或芳烃的脂肪烷烃烷、环烷烃或芳烃 生物柴油（生物柴油（biodieselbiodiesel）：由动物、植物或微生物油脂与）：由动物、植物或微生物油脂与小分子醇类经过酯交换反应而得到的脂肪酸酯小分子醇类经过酯交换反应而得到的脂肪酸酯 生物柴油的生产即甘油酯的醇解反应，一般利用废弃的动、生物柴油的生产即甘油酯的醇解反应，一般利用废弃的动、植物油生产生物柴油植物油生产生物柴油50ppt课件生物柴油生产 生物柴油的优点生物柴油的优点 可使用于任何柴油机，热值高，燃点高，使用安全可使用于任何柴油机，热值高，燃点高，使用安全 可生物降解
47、，无毒性，对环境无害，并可以从可再生资源中提可生物降解，无毒性，对环境无害，并可以从可再生资源中提取取 使用生物柴油可降低使用生物柴油可降低 90% 的空气毒性，患癌率可降低的空气毒性，患癌率可降低 94% 在所有的燃油中，生物柴油的能量衡算最高：在生产生物柴油在所有的燃油中，生物柴油的能量衡算最高：在生产生物柴油的过程中，每消耗一个单位的矿物能量就能获得的过程中，每消耗一个单位的矿物能量就能获得 3.2 个单位的个单位的能量能量 使用中存在的问题使用中存在的问题 成本偏高，比普通柴油高出成本偏高，比普通柴油高出 1530% 燃烧残留物具有微酸性，且残留的甲醇与甘油对发动机寿命存燃烧残留物具有微酸性，且残留的甲醇与甘油对发动机寿命存在潜在影响在潜在影响51ppt课件
