理论教育 生物催化反应与转化原理-选择性

生物催化反应与转化原理-选择性

时间:2023-11-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:酶在水溶液中催化反应的选择性几乎是固定的,因为水的物理化学性质是稳定的。有机溶剂的改变使酶对对映体选择性发生逆转的例子较少见,但改变有机溶剂可以改善酶催化反应的对映体选择率。其反应的选择性与溶剂的性质紧密相关,在叔戊醇溶剂中该反应具有最高的立体选择性。有机溶剂的性质和水含量对酶的催化反应有着很大的影响,但迄今还没有一种理论能预测酶在哪种溶剂中选择性会增加。

生物催化反应与转化原理-选择性

酶在水溶液中催化反应的选择性几乎是固定的,因为水的物理化学性质是稳定的。有机溶剂种类很多,各自具有不同的性质,可用不同的物理化学参数来描述,如偶极距、溶解性、沸点等。有机溶剂能影响酶催化反应的选择性(包括化学、区域、立体选择性),非水酶学的发展使人们认识到可以通过改变反应介质来改变酶催化反应的选择性,从而达到人为地改变和控制酶的立体选择性,这是溶剂工程或介质工程(medium engineering)研究的一个重要内容。酶的选择性与反应介质中溶剂的性质有关系,例如,假单胞菌脂肪酶(Pseudomonas sp.Lipase,PSL)催化潜手性二氢吡啶二羧基酯类衍生物选择性水解产生二羧酸单酯。在不同的有机溶剂中,酶具有不同的对映体选择性,在环己烷中产生(R)-型对映体,在异丙醚中产生(S)-型对映体,相同酶在不同有机溶剂体系反应所得产物的构型相反。这种拆分已在钙拮抗剂尼群地平(Nitrendipine)合成中得到应用。

有机溶剂的改变使酶对对映体选择性发生逆转的例子较少见,但改变有机溶剂可以改善酶催化反应的对映体选择率(E)。消旋体药物水合蒎醇(Mycoly tic trans-sobrerol)可以通过PSL催化的酰基转移反应来拆分,酶选择性酯化生成(1S,5R)乙酸-1-水合蒎醇酯和未反应的(1R,5S)-水合蒎醇。其反应的选择性与溶剂的性质紧密相关,在叔戊醇溶剂中该反应具有最高的立体选择性。(www.daowen.com)

除了溶剂自身的性质外,溶剂中水含量,严格讲是水活度(αw),对酶的立体选择性也有影响。例如皱落假丝酵母脂肪酶(Candida rugosa lipase,CRL)在有机溶剂己烷中催化2-溴丙酸酯化生成(R)-2-溴丙酸正丁酯和2-溴丙酸正丁酯。随着溶剂中水含量的逐渐增加,酶的对映选择性显著增加。有机溶剂的性质和水含量对酶的催化反应有着很大的影响,但迄今还没有一种理论能预测酶在哪种溶剂中选择性会增加。

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