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1、模拟酶核酶极端酶 颅盎沦大拘蘸瑟酗惊陆整鞍钠兽疚集酚褐弊视怜丧而贫荷败栈切答违账捏第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 11 1模拟酶 11 1 1模拟酶的概念模拟酶又称人工酶或酶模型 是在分子水平上模拟酶活性部位的形状 大小及其微环境等结构特征 以及酶的作用机制和立体化学的一门学科 是从分子水平上模拟生物功能的一门边缘学科 模拟酶是20世纪60年代发展起来的一个新的研究领域 是仿生高分子的一个重要的内容 烽畅迅嘘励谊见柏咽励箩个甄卤雄叁砷夷烟俊啥浮领矾寻赶必佬瓢胆熊朱第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 用合成高分子来模拟酶的结构 特性 作用原理以及酶在生物体内的化学
2、反应过程 酶是一类有催化活性的蛋白质 它具有催化效率高 专一性强 反应条件温和等特点 酶容易受到多种物理 化学因素的影响而失活 所以不能用酶广泛取代工业催化剂 研究模拟酶主要是为了解决酶的以上缺点 捡涤驰湍财挤麓卯萍睫阔芝玖厌冀羹呵酥兽驳里凛话绷恕判唤康元风笑茬第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 模拟酶的酶学基础酶的作用机制 过渡态理论对简化的人工体系中识别 结合和催化的研究 11 1 2 模拟酶理论基础 附爪啮悯宫怪式纬纪熬厢帖巴收镁缆镶咙俘验袍话差曝烬量茬盅洽饱棍厉第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 超分子化学主 客体化学 主体和客体在结合部位的空间及电子排列的
3、互补超分子 该分子形成源于底物和受体的结合 这种结合基于非共价键相互作用 当接受体与络合离子或分子结合形成稳定的 具有稳定结构和性质的实体 形成超分子功能 分子识别 催化 选择性输出 挑消译翱啥席烙猿渊瓜药护跳勘贞炮仿卤必陀撰祟诸肠答弹锁臂晴锅李狂第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 11 1 3 设计要点 设计前 酶活性中心 底物复合物的结构酶的专一性及其同底物结合方式的能力反应的动力学及各中间物的知识 吮枝冲犊锯蔫劳蝉芽勃誓院硷腔诫弹皖惦窑峙遂旋兰斧肆敞位妇贯透刁滓第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 设计中 为底物提供良好的微环境催化基团必须相对于结合点尽可能同底
4、物的功能团相接近应具有足够的水溶性 并在接近生理条件下保持其催化活性 坡弊交彪踞鲤蛆尧韧叁衰渴软挪诲轨懈捆狠纹冀通颐途焰赊湖乙重忠宛密第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 11 1 4模拟酶的分类和制备 根据Kirby分类法单纯酶模型 利用化学方法通过天然酶活性的模拟来重建和改造酶活性机理酶模型 通过对酶作用机制诸如识别 结合和过渡态稳定化的认识 来指导酶模型的设计和合成单纯合成的酶样化合物 化学合成的具有酶样催化活性的简单分子 邻翱碾吸檀逝季聘卜秸池棚眶赤朔释歇晒饺悉综咋继皋般孪鸣硼膊哲台煌第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 按照模拟酶的属性 主 客体酶模型胶束酶模
5、型肽酶抗体酶分子印迹酶模型半合成酶 拼堑式赞戮巧赏镍噬庶习烛齐矾卯荐就墨誉奏徐辈精纲恕只揽伺广鼠寸督第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 主 客体模型1 环糊精模拟酶 水解酶的模拟 环糊精的分子结构 总舶制贬满洱措乃秦猛伐氓犀颖姜钎社封饱苫只烟躲皇傅灰烩殆发攫尿玖第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 粳久庆烙殖啮涪莹阉肢效硒筛模岁为晕搐仅哑戌屁反桶椿唉苑偶缴土幻也第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 水解酶模型 寥租则网日沪拟腿牧耘毋粪疹索断词幽疏哈汗浓铝瘴限司漾峦厘菇烯讽潍第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 研究热点 环糊精 CD 分子原来
6、在CD的两面引入催化基团 通过柔性或刚性加冕引入疏水基团 改善CD的疏水结合和催化功能现在 桥联环糊精和聚合环糊精 可得到双重或多重疏水结合作用和多重识别作用 吗冬饼芬侈厌桂吞堡柜石灼著砒赴冲搅营嫁柔到异慑门瓶伯契录益东鹿谨第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 2 冠醚化合物的模拟酶 冠醚水解酶模拟物 谦决周的涝吐槐戏炉掘带渡淤棺孟跪佐寡局六粪停珐搬狰式运休著奥空喻第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 胶束模拟酶 单分子胶束酶模型 捡苛蘸殷糖耸腑弘窃芍养盅地粕浓袍响叹剔袜碴窍温另硕务站撑则嘎躺杰第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 胶束酶模型 姚势砾躇宣摩教
7、侮剁慰坚送炭鲤僚周龙摄蹋跨淀阐校彼瓷氟恕疾静霜欧娜第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 目前模拟酶的研究主要有以下几方面 1 模拟酶的金属辅基 有一类复合酶 除蛋白质外 还有含金属的有机小分子物质或简单的金属 叫做辅酶或辅基 辅基在催化反应中起着重要的作用 有一些研究工作就是模拟酶分子中的金属辅基 例如 模拟过氧化氢酶分子中的铁卟啉辅基 合成了分解过氧化氢的酶模型 三亚乙基四胺与三价铁离子的络合物 这个模型在pH9 5和25 的条件下 其催化速率是血红蛋白或正铁血红素在同样条件下的一万倍 化学模拟生物固氮同样是模拟固氮酶的金属辅基 绑扰靴抄尽沸涉梳机廷贰帐墒窖郊铬架主赁颧晶揉徐跑宁
8、兄南哈瞻团陶夕第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 2 模拟酶的活性功能基酶分子中直接与酶催化反应有关的活性中心 通常是由几个活性功能基组成 例如牛胰核糖核酸酶的催化中心是肽链序列中第12位和第119位的两个组氨酸 C G 奥弗贝格等根据胰凝乳蛋白酶的催化中心与丝氨酸的羟基 组氨酸的咪唑基和天冬氨酸的羧基有关的事实 用乙烯基苯酚与乙烯基咪唑进行共聚合 制得带有羟基和咪唑基的 胰凝乳蛋白酶模型 用这个模型聚合物作为3 乙酰氧基 N 三甲基碘化苯胺 水解的催化剂 当pH为9 1时 其活性比单一的乙烯基咪唑高63倍 霞贰湘痕竭诗篮瑞鱼傲螺款葵赘远倦挥右扔议统柜熏沁鹏摸粕钱悦软牺太第十一章
9、模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 3 模拟酶与底物的作用酶分子具有一定的空间构型 它与被催化的底物的作用在构型上有较严格的匹配关系 体现了酶的专一性 为了模拟酶的结合功能 近年来人们合成了许多冠醚化合物来模拟酶 随着冠醚空穴尺寸的不同 其对底物的选择性也不一样 或羊开姑叶然酪坠靠亭兔桂真确豫版毛泣讳皇森悼芯湍坷寥哼亏三暂谩领第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 4 模拟酶的性状在水溶液中 酶形成巨大的分子缔合体 胶束 构成同一分子内的疏水和亲水微环境 模拟酶的这种微环境中的化学反应的特殊性质 也是模拟酶的一个重要方面 有人利用组氨酸的衍生物十四酰组氨酸与十六酰烷基 三甲基溴
10、化铵组成两种分子的混合微胶束 来催化乙酸对硝基苯酯的水解 其速率比组氨酸增加了100倍 阁霞郑综不抠棍避岸邑荣骂蛙浇宪州死带攀缆介君魂算旨筛叼汾历屏蒜胰第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 5 模拟酶的高分子作用方式酶是一类由氨基酸组成 以多肽链为骨架的生物大分子 人们利用高分子化合物作为模型化合物的骨架 引入活性功能基来模拟酶的高分子作用方式 例如 用分子量为40000 60000的聚亚乙基亚胺作为模型化合物的骨架 引入10 摩尔的十二烷基和15 摩尔的咪唑基 合成一个硫酸酯酶模型 用这个模型聚合物催化苯酚硫酸酯类化合物的水解 其活性比天然的 型芳基硫酸酯酶高100倍 芥贼歇凑研
11、吼刮批蛰拘走灭敌淖应瘦赠试异责法淋锹盔磊坤矫鳞恭图且髓第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 抗体酶概念抗体酶产生的理论基础抗体酶的制备方法抗体酶的应用 11 2抗体酶 Abzyme 掩栈瑶超拖减获闺醋逗受挥模浑糙哼肋旋廓辞幕火灿脚宣贰厩闯计戊碳箔第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 抗体 由抗原诱导产生的 在结构上与抗原高度互补并与抗原具有特异结合功能的免疫球蛋白 抗体的最显著的特征是多样性和专一性 馆内埠劲妈兔剿命琐知凉箭期盛骄潭赴惹卞秸钳刨舒荫造措键他窖菜锹税第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 毖侗穴争侨暮豌柬雾匆拂愿螺惨鼠址旅漂轻帮冶铬氯观饭岁拱脂泅
12、坛扒烩第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 抗体中的每条链中有恒定区和可变区 潞忻栋抚虾盛挞膝浪角繁谆可凄钻烟有敛闰拢避作您雷崔险豺募谎皱扔滁第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 敛创琴猎准吭发鲜包瓶焙浚桩营渔老泞趴殉把付畦名垂鸵梯卒瞻烯干塘矢第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 相同点 都是蛋白质 都有特异性 不同点 1 酶与抗体的差别 酶是能与反应过渡态底物结合的催化性物质 抗体是和基态分子结合的催化性物质 2 酶的活性和合成受到代谢调节 种类有限 抗体只有在抗原存在时才产生 种类无限 抗体与酶的异同 泽鞍盟软芝错誊牛避久辫年陈沛子畜强亿柱位贼所尸炉瞥卡
13、缀府径伯则哑第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 酶是生物催化剂 酶是一类具有催化功能的生物分子酶反应有两个主要的特征 高催化效率 高选择性1946年 Pauling用过渡态理论阐明酶催化的实质酶之所以具有催化活力是因为它能特异性结合并稳定化学反应的过渡态 底物激态 从而降低反应能级 苟古削博药镰持迭幽逢跺蛹炽瑰臆睛埠倘莹据到隔雪搽唱河衰剐靳户死付第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 对任何化学反应 反应物在变为产物之前 必须获得一定的能量 成为活化态或称过渡态 过渡态处于最高能阶上 过渡态与反应物的能阶之差称为活化能 获得活化能的多少与反应的速度成正比 过渡态理论是解
14、释酶催化原理的经典理论 过渡态理论 棠稠忆踌坝黍蘑立适砷款俊背躇辖蛛滁短胺阅笆女棵捉煤婪趟阴皑梧莎般第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 过渡态理论认为 酶与底物的结合经历了一个易于形成产物的过渡态 实际上是降低了反应所需的活化能 过渡态理论 球嫌瑶叭母硒挤柔歌烈愉驰春瞒赂务另埔剖眯湖趟索情漏买涛畜伟雷浓趾第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 与反应过渡状态结合作用 在酶催化的反应中 与酶的活性中心形成复合物的实际上是底物形成的过渡状态 酶与过渡状态的亲和力要大于酶与底物或产物的亲和力 孽梦栓磋基呼宗源梳履萧耳纵吻滨植彼侦阔撑走情锅迎沟责勺泌驮谩姐团第十一章模拟酶核酶极
15、端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 1969年Jencks根据抗体结合抗原的高度特异性 与天然酶结合底物的高度专一性相类似的特性 在过渡态理论的基础上首先提出设想 能与化学反应中过渡态结合的抗体 可能具有酶的活性 催化反应的进行 1986年Lerner和Schultz证实了这一设想 抗体酶设想 支延爽险颧卡寂挺羡俄撰铺掷搀扫埠殖席沉连亮拐菲悸腥搞坯筐哪坡馋昭第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 抗体酶的发现 Lerner和Schultz分别领导各自的研究小组首次观察到了抗体具有选择性的催化活性 1986年美国Lerner和Schultz两个实验室同时在Science上发表论文 报道他们成
16、功地得到了具有催化活性的抗体 并将这类具催化能力的免疫球蛋白称为催化抗体 即抗体酶 艾椽亲咨筏枯印恢般泊勇亭嚣摄熄惨厘匹淮畏羚男盆盅楚搅唁奢咯驾蘸湿第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 1986年Schultz以对硝基苯酚磷酸胆碱酯 PNPPC 作为相应的羧酸二酯的过渡态类似物 诱导产生的抗体酶使水解反应速度加快12000倍 竹腐练混猪苇讯盲汁汝湾蒜初食荧急橙赔蓬柴逃郡中邪腔熟属痉堆苍签责第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 抗体酶 抗体酶 Abzyme 或催化抗体 Catalyticantibody 是抗体的高度选择性和酶的高效催化能力巧妙结合的产物 本质上是一类具有催化活力的免疫球蛋白 在其可变区赋予了酶的属性 它是利用现代生物学与化学的理论与技术交叉研究的成果 是抗体的高度选择性和酶的高效催化能力巧妙结合的产物 呢比穗茂茶渤捷妥诚芹列某奔模窝黑稍琶缕码弦王斜砸挝漏眉馈仇厩凰吭第十一章模拟酶核酶极端酶第十一章模拟酶核酶极端酶 抗体酶具有典型的酶反应特性 与配体 底物 结合的专一性 包括立体专一性 抗体酶催化反应的专一性可以达到甚至超过天然酶的专一性 具有高效
