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二氯甲烷性质，脱卤酶和应用
Release Time：2021-01-20二氯甲烷性质：
二氯甲烷（DCM）或二氯甲烷是挥发性无色液体，具有类似氯仿的气味。当氯甲烷或甲烷在极高的温度（400–500°C）下与氯气反应时，会生成DCM。
二氯甲烷脱卤酶：
在许多革兰氏阴性兼性甲基营养细菌菌株和可使用该化合物的可吸收硝酸盐的亚硝酸盐细菌菌株以及其他二卤甲烷中，都发现了二氯甲烷（DCM）脱氢酶。DCM脱卤素酶将DCM转化为甲醛，甲醛可被氧化为CO2以提供能量或被吸收为生物质。该酶对二卤甲烷具有特异性。卤甲烷，三卤甲烷和较大的氯代烷烃不用作底物，尽管其中一些化合物是有效的竞争性抑制剂。 溶液中二氯甲烷的水解极其缓慢（在pH 7和25°C下水解的t1 / 2为700 yr），因此微生物降解该化合物的能力对其从环境中去除至关重要。将kcat / Km（6×104 M-1 s-1）与可比较的未催化反应的速率常数（6×10-6 M-1 s-1）进行比较表明，该酶的速率提高了10个数量级在未催化的反应中的数量级.DCM脱卤素酶已从多种细菌菌株中纯化。该酶是一个33 kDa亚基的同型六聚体。已经对该酶的基因进行了克隆和测序。在大多数情况下，DCM脱卤酶基因位于大质粒上。已鉴定出两类酶，其催化效率不同。 A型酶的kcat为0.9 s-1，B型酶的kcat为3.3s-1.43。B型酶可使微生物在DCM上生长更快，这表明DCM的脱卤作用是生长的限速步骤在DCM上。通过序列分析解决了关于B型酶是否通过最近对A型酶的最近优化而进化的有趣问题。这两类仅具有56％的序列同一性，表明它们在数百万年前就已经发散了。值得注意的是，尽管不消耗谷胱甘肽，但DCM脱卤酶催化的反应依赖于谷胱甘肽。这一事实以及观察到的酶与谷胱甘肽S-转移酶超家族theta类酶具有显着的序列同一性的观察结果，提供了重要的条件。酶机制的线索。拟议的酶机理如图4.51所示。该酶催化简单的SN2反应，其中谷胱甘肽的硫醇部分用作亲核试剂。硫醚产物然后经历非酶水解以形成羟基谷胱甘肽甲烷，其分解产生甲醛并再生谷胱甘肽。
Wackett和他的同事进行了精确的实验，确定了中所示机理的有效性，他们分析了底物类似物CH2 ClF向甲醛的转化。当在反应过程中加入紧密结合抑制剂（ClCH2CN）时CH2ClF与DCM脱卤酶一起使用时，CH2ClF的消失停止了，但甲醛的生产持续了几分钟，这表明甲醛是由酶产生的中间体的非酶分解产生的。F-NMR实验表明，化学位移与正构S-氟甲基谷胱甘肽（GSCH2F）一致的化合物在CH2ClF转换期间会积累然后消失。 （由于氟是一个非常差的离去基团，该中间体的积累。预计由CH2Cl2形成的可比中间体会更快地水解。）这些数据表明酶的作用仅仅是催化谷胱甘肽对CH2Cl2的亲核攻击。生成GSCH2Cl，然后GSCH2Cl非酶分解形成甲醛。 DCM脱卤酶催化的反应是谷胱甘肽S-转移酶的特征，谷胱甘肽S-转移酶催化谷胱甘肽对亲电子底物的亲核攻击，形成谷胱甘肽共轭物。 DCM脱卤酶进一步类似于theta类谷胱甘肽S-转移酶，因为酶活性需要保守的丝氨酸。在theta类酶中，人们认为丝氨酸羟基和谷胱甘肽硫原子之间的氢键可以稳定谷氨酸。硫醇盐在活性位点上。这种相互作用对于催化作用很重要，因为硫醇盐的亲核性比硫醇高55个数量级。观察到Ser12已被转化为Ala或Thr的突变酶是无活性的，这与Ser12的类似作用相一致在DCM脱卤素酶中。 DCM转化为甲醛和Cl-的一个有趣方面是，硫醚中间体（GSCH2Cl）比底物（CH2Cl2）更容易受到非酶水解的影响。仲烷基卤化物的空间位阻不会阻止SN2反应，因此CH2Cl2水解速度缓慢的主要原因是水的亲核性差。如果水解反应通过标准的SN2反应进行，则CH2Cl2的反应将比GSCH2Cl的反应更快，这是因为谷胱甘肽取代基的吸电子性较低，并且比氯取代基的体积更大。因此，看来该反应是通过SN1途径发生的。已知SN1反应会被杂原子取代基（例如O和S）加速。例如，MeOCH2Cl的溶剂分解速率比MeCl的溶剂分解速率快约105倍。因此，CH2Cl2转化为氯甲基硫醚非常聪明，因为后者的水解足够快，以至于催化不需要酶。
二氯甲烷应用：
二氯甲烷是除漆剂中的常见溶剂，用于实验室中的液-液萃取。急性毒性是由中枢神经系统抑制引起的，并且由于暴露而致死。症状包括精神错乱，疲劳，嗜睡，头痛和胸痛。二氯甲烷代谢为一氧化碳。在小鼠中获得的有关其致癌性的证据似乎与谷胱甘肽-S-转移酶形成的有毒代谢产物有关，并且可能对该酶在该物种中的极高活性和定位具有特异性。 四氯化碳在肝脏中代谢为高反应性的自由基代谢物，该自由基代谢物在氧气存在下与蛋白质和脂质反应。产生的肝毒性可能需要几天的时间发展，并伴有严重的肾毒性。诸如细胞色素P450酶诱导剂之类的增加四氯化碳生物转化速率的化合物，增加了毒性的危险。抑制其新陈代谢的物质具有保护性。 以类似的方式，已发现全氯乙烯（也称为四氯乙烯）会??产生反应性代谢产物，据认为会产生肾脏毒性。在职业暴露于使用全氯乙烯的干洗工艺的工人中，该化合物还与口腔癌，喉癌和食道癌风险增加相关。由于这些不利影响，其使用量下降了。
DCM广泛用于许多工业环境，例如脱漆，制药和脱漆剂制造以及脱脂剂和金属清洁剂。接触DCM的最常见途径是吸入和皮肤接触。 DCM还会被人体代谢为一氧化碳，可能导致一氧化碳中毒。 DCM被一些监管机构（职业安全与健康管理局，有毒物质和疾病管理局，疾病控制与预防中心）认为是可能的人类致癌物（B2组）。二氯甲烷毒性的最可能机制是其在某些类型的钾通道中增加钾离子电流的能力。在人类中，DCM会刺激皮肤和眼睛，尤其是在防止蒸发的情况下。长时间接触可能导致化学灼伤。据报道，由于意外吸入和皮肤污染导致的死亡。 DCM的主要毒性作用是可逆的中枢神经系统抑制（神经生理和神经行为障碍）和羧基血红蛋白形成，直至肝，肾，心血管和血液学参数。 DCM引起的自然流产已在文献中报道。摄入可能导致死亡。
二氯甲烷（DCM）或二氯甲烷是挥发性无色液体，具有类似氯仿的气味。当氯甲烷或甲烷在极高的温度（400–500°C）下与氯气反应时，会生成DCM。
二氯甲烷脱卤酶：
在许多革兰氏阴性兼性甲基营养细菌菌株和可使用该化合物的可吸收硝酸盐的亚硝酸盐细菌菌株以及其他二卤甲烷中，都发现了二氯甲烷（DCM）脱氢酶。DCM脱卤素酶将DCM转化为甲醛，甲醛可被氧化为CO2以提供能量或被吸收为生物质。该酶对二卤甲烷具有特异性。卤甲烷，三卤甲烷和较大的氯代烷烃不用作底物，尽管其中一些化合物是有效的竞争性抑制剂。 溶液中二氯甲烷的水解极其缓慢（在pH 7和25°C下水解的t1 / 2为700 yr），因此微生物降解该化合物的能力对其从环境中去除至关重要。将kcat / Km（6×104 M-1 s-1）与可比较的未催化反应的速率常数（6×10-6 M-1 s-1）进行比较表明，该酶的速率提高了10个数量级在未催化的反应中的数量级.DCM脱卤素酶已从多种细菌菌株中纯化。该酶是一个33 kDa亚基的同型六聚体。已经对该酶的基因进行了克隆和测序。在大多数情况下，DCM脱卤酶基因位于大质粒上。已鉴定出两类酶，其催化效率不同。 A型酶的kcat为0.9 s-1，B型酶的kcat为3.3s-1.43。B型酶可使微生物在DCM上生长更快，这表明DCM的脱卤作用是生长的限速步骤在DCM上。通过序列分析解决了关于B型酶是否通过最近对A型酶的最近优化而进化的有趣问题。这两类仅具有56％的序列同一性，表明它们在数百万年前就已经发散了。值得注意的是，尽管不消耗谷胱甘肽，但DCM脱卤酶催化的反应依赖于谷胱甘肽。这一事实以及观察到的酶与谷胱甘肽S-转移酶超家族theta类酶具有显着的序列同一性的观察结果，提供了重要的条件。酶机制的线索。拟议的酶机理如图4.51所示。该酶催化简单的SN2反应，其中谷胱甘肽的硫醇部分用作亲核试剂。硫醚产物然后经历非酶水解以形成羟基谷胱甘肽甲烷，其分解产生甲醛并再生谷胱甘肽。
二氯甲烷应用：
二氯甲烷是除漆剂中的常见溶剂，用于实验室中的液-液萃取。急性毒性是由中枢神经系统抑制引起的，并且由于暴露而致死。症状包括精神错乱，疲劳，嗜睡，头痛和胸痛。二氯甲烷代谢为一氧化碳。在小鼠中获得的有关其致癌性的证据似乎与谷胱甘肽-S-转移酶形成的有毒代谢产物有关，并且可能对该酶在该物种中的极高活性和定位具有特异性。 四氯化碳在肝脏中代谢为高反应性的自由基代谢物，该自由基代谢物在氧气存在下与蛋白质和脂质反应。产生的肝毒性可能需要几天的时间发展，并伴有严重的肾毒性。诸如细胞色素P450酶诱导剂之类的增加四氯化碳生物转化速率的化合物，增加了毒性的危险。抑制其新陈代谢的物质具有保护性。 以类似的方式，已发现全氯乙烯（也称为四氯乙烯）会??产生反应性代谢产物，据认为会产生肾脏毒性。在职业暴露于使用全氯乙烯的干洗工艺的工人中，该化合物还与口腔癌，喉癌和食道癌风险增加相关。由于这些不利影响，其使用量下降了。
DCM广泛用于许多工业环境，例如脱漆，制药和脱漆剂制造以及脱脂剂和金属清洁剂。接触DCM的最常见途径是吸入和皮肤接触。 DCM还会被人体代谢为一氧化碳，可能导致一氧化碳中毒。 DCM被一些监管机构（职业安全与健康管理局，有毒物质和疾病管理局，疾病控制与预防中心）认为是可能的人类致癌物（B2组）。二氯甲烷毒性的最可能机制是其在某些类型的钾通道中增加钾离子电流的能力。在人类中，DCM会刺激皮肤和眼睛，尤其是在防止蒸发的情况下。长时间接触可能导致化学灼伤。据报道，由于意外吸入和皮肤污染导致的死亡。 DCM的主要毒性作用是可逆的中枢神经系统抑制（神经生理和神经行为障碍）和羧基血红蛋白形成，直至肝，肾，心血管和血液学参数。 DCM引起的自然流产已在文献中报道。摄入可能导致死亡。
