第六章 生物催化有机合成反应
6.1 生物酶催化反应 一、现状与发展：
酶于20世纪20年代由Warburg发现，由于发现了酶，Warburg于1931年获得Nobel生理医学奖。
酶在生物体内起着重要的催化作用，酶的催化作用和能力远远超过传统化学催化剂，这是人们近年得到公认的。
近几年，酶和酶催化作用已经成为人们非常重视和重点研究的领域。酶的结构、酶的催化活性、酶的催化机理、酶的结构与催化功能的关系研究，已经成为21世纪催化研究的热点和前沿领域，相信，也必将有很大突破。
随着酶研究的深入，模拟酶催化研究以及酶催化技术及其应用方面，也将产生巨大突破。生产实例：酒曲造酒-----
今后，发现新酶、深入研究酶结构，仍将成为重点工作。天然酶的结构测定，催化活性与机理的研究，亦会是21世纪催化研究的前沿领域。
二、酶催化反应的特点：
（1） 催化活性极高。酶催化剂的催化效率比无机催化剂高1～10亿
倍。（酶对化学反应的加速可达100亿倍，---）
（2） 催化作用高度专一，有严格的选择性。可达100%的专一性。对
底物的立体异构物具有高度选择性。（如：对旋光异构、顺反异
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构等都具有高度选择性）
（3） 催化反应条件非常温和，操作安全，环境卫生。
（4） 涉及的领域广泛。eg：氨基酸合成，抗生素的合成，有机酸合
成，酿酒，食品，环保，医药...等均可采用酶催化技术。 三、酶的构成及其作用原理
（1）酶的定义：酶是具有催化作用的高分子蛋白质，为高分子化合物。
20世纪后期，T.R.Cech等发现了RNA的酶活性，研究中发现rRNA可以自身剪接加工，并分离出一段具有催化活性的内含子（IVS），它具有转磷酸、转核苷酸和催化水解等多种功能，从而打开了酶性核酸研究新领域。
酶的新定义：大多数酶是具有催化作用的高分子蛋白质，为高分子化合物。
（2）酶的构成：酶分子由三部分构成，即：结合中心、催化中心（两者结合又称为活性中心）及分子母体。
（3）酶分子催化作用过程（机理）：酶分子通过结合中心与底物发生结合生成活化络合物，然后通过催化中心发生催化反应。
各部分的作用如下：
酶由活性中心和分子母体组成，其中：
? 活性中心：（1）结合中心：决定酶的专一性。（定向、定位） （2）催化中心：决定酶的催化活性。 ? 分子母体：维持（或提供）酶蛋白体的空间构型。
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四、酶催化反应的影响因素：
因为大多数酶是蛋白质，因此，易于引起蛋白质变性的因素均会对酶催化作用产生影响。主要因素有：温度、酸碱度、抑制剂、激活剂等。
（1） 温度影响：大多酶是蛋白质，对温度高度敏感。不同酶适合的
温度不同。一般酶催化最适合的温度约在20～60℃之间。 （2） 体系PH值影响：酶是极性物质，对体系PH值敏感。通常酶均
有其最大活性的PH范围，酶的种类不同，其适合的PH值范围不同。
（3） 抑制剂和激活剂的影响：
酶抑制剂和激活剂是目前和未来生物、医药领域长期研究的热点。人及动物体内所有的化学反应几乎都是酶催化反应。各种疾病的产生和发展与酶密切相关，人及动物的衰老问题亦与酶催化密切相关，酶抑制剂研究也已经成为近年医药生物领域的研究热点和学科前沿。
实例：
（1）胆固醇是肝脏中HMGCoA酶作用的产物，----HMGCoA酶抑制剂。
（2）高血压与血管紧张素转化酶（ACE）有关，----ACE抑制剂。例如：治疗心血管药物 Enalapril（依拉普利，美国），Benazepril（苯那普利，瑞士）
（3）癌细胞中存在还原酶，如：DT-黄递酶等，----生物还原
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药物。例如：生物还原药物AQ4N
酶抑制剂：能使酶的催化能力减弱、抑制或者破坏的物质。常见的抑制剂有：Ag+ 、Hg++ 、Cu++、 硫化物、生物碱等。
酶激活剂：能使酶的催化作用加强、活力提高的物质。常用的激活剂：K+、Na+、Mg++、Ca++、Zn++、Mn++、Fe++、Cl-、NO3-、SO4= 等 （4） 其他引起蛋白质变性的因素：
例如：热处理、X～射线、紫外线照射、超声波、振荡、强酸、强碱等。
五、酶催化反应实例： （1） 抗癌新药：
制备中关键中间体合成：
（2）甾体化合物的反应：采用酶催化反应，可使甾体骨架上一定部位发生许多有价值的转换反应，如羟基化、脱氢、侧链降解等。 例如：11-α羟基化
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六、酶催化存在的问题和局限性：
（1） 酶是一种蛋白质，对酸、碱、热、有机溶剂，水等均不稳定。
（稳定性差，易失去活性）
（2） 酶与底物作用一般只作用一次，因此不经济有机物。 （3） 工业酶制剂大多纯度较低，反应液中易带入各种杂蛋白和有色
物，造成产物分离困难，产品收率低。 （4） 反应体积大，处理困难。
上述问题，造成酶催化应用受到限制，需要研究解决。
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第六章 生物催化有机合成反应
