第七章酶的模擬

1、第七章第七章 酶的人工模擬酶的人工模擬模擬酶（模擬酶（enzyme mimics）又稱人工酶（artificial enzyme）或合成酶（synzymes）， chemzymes；模擬酶：根據(jù)酶的催化原理，模擬酶的催化功能，用有機化學和生物學的方法來合成具有專一催化功能的酶的模擬物。三個層次：合成具有酶類似活性的簡單絡合物，酶的活性中心模擬酶的整體模擬SOD(Mn)及其模擬酶及其模擬酶細胞色素細胞色素C氧化還原酶及其模擬酶氧化還原酶及其模擬酶模擬酶的分類：主客體酶模型，膠束酶模型；肽酶半合成酶抗體酶分子印跡酶模型等。近年來又出現(xiàn)了雜化酶和進化酶。一、主一、主-客體酶模型客體酶模型根據(jù)酶催化反

2、應機理，合成出能識別底物（客體）又具有酶活性部位催化基團的主體分子，從而有效地模擬酶的催化過程。主體分子：包括環(huán)糊精、冠醚、穴醚、雜環(huán)大環(huán)化合物和卟啉類等。 （一）（一）環(huán)糊精（環(huán)糊精（cyclodextrin，CD）酶）酶模型模型CD：由多個D-葡萄糖以1，4-糖苷鍵結合而成的一類環(huán)狀低聚糖。略呈錐形的圓筒，外側是親水的，其內側是C3，C5上的氫原子和糖苷氧原子組成的空腔，具有疏水性，因而能包結（inclusion）多種客體分子，很類似酶對底物的識別。cavity 1 水解蛋白酶的模擬水解蛋白酶的模擬利用-CD作為酶的結合部位，而連在其側鏈上的羧基、咪唑基及CD本身的一個羥基共同構成催化中心

3、，實現(xiàn)了胰凝乳蛋白酶的模擬。 組氨酸咪唑基的引入2核糖核酸酶的模擬核糖核酸酶的模擬 催化基團所處的位置可對反應的選擇性起作用。 堿性條件下水解，同時產生和兩種產物，而在A的催化下水解只生成； B催化水解反應只生成。 3轉氨酶的模擬轉氨酶的模擬A.轉氨速度比吡哆胺單獨存在時快200倍；具一定立體選擇性，B.乙二胺的引入不僅使反應加速2000倍以上；表現(xiàn)出很好的立體選擇性。4 橋聯(lián)環(huán)糊精仿酶模型橋聯(lián)環(huán)糊精仿酶模型多個CD分子的橋聯(lián)及橋基上的功能基構成了具有協(xié)同包結和多重識別功能的催化活性中心，能更好地模擬酶對底物的識別與催化功能。二、膠束模擬酶二、膠束模擬酶膠束在水溶液中提供了疏水微環(huán)境(類似于酶

4、的結合部位)，可以對底物束縛。如果將催化基團和一些輔酶共價或非共價地連接或吸附在膠束上，就有可能提供“活性中心”部位，使膠束成為具有酶活力或部分酶活力的膠束模擬酶例：N-十四?；M氨酸所形成的膠束催化對硝基苯酚乙酸酯的水解，其催化效率比不能形成膠束的N-乙?；M氨酸高3300倍。將疏水性維生素B6衍生物與陽離子膠束混合形成的膠束體系中，可將酮酸轉化為氨基酸，有效地模擬了以維生素B6為輔酶的轉氨基作用。氨基酸的收率達52%策略：一系列端基為咪唑基、羧基、羥基或氨基的長鏈化合物溶于水，形成“簇”，每個簇為一多組分混合體系，每一個組分含有一個潛在的催化基團，可與相鄰的催化基團協(xié)同作用。 三、肽酶三、

5、肽酶（pepzyme） 肽酶：模擬天然酶活性部位活性部位而人工合成的具有催化活性的多肽。谷氨酸-絲氨酸-甘氨酸三肽，具有谷胱甘肽過氧化物酶的活力。29肽ChPepz和TrPepz分別模擬胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶的活性部位，二者水解蛋白的活力分別與其模擬的酶相同。 四、半合成酶四、半合成酶 半合成酶：以天然蛋白質或酶為母體，用化學或生物學方法引進適當?shù)幕钚圆课换虼呋鶊F，或改變其結構從而形成一種新的“人工酶”?；瘜W誘變化學誘變枯草桿菌蛋白酶ser突變?yōu)槲腚装彼岷?，既表現(xiàn)出轉氨酶的活性又表現(xiàn)出含硒谷胱甘肽過氧化物酶活性。將輔酶引入結構已明了的蛋白質將輔酶引入結構已明了的蛋白質 黃素共價結合在木瓜

6、蛋白酶上，從而將蛋白酶轉變成氧化原酶。在肌紅蛋白的His-上連接釕(II)氨絡合物，結果產物具有很強的氧化活性，接近天然抗壞血酸氧化酶的活力。五、抗體酶（五、抗體酶（Abzyme）又稱催化抗體催化抗體（catalytic antibody） 理論基礎：過渡態(tài)理論。 制備方法： 1.過渡態(tài)類似物設計過渡態(tài)類似物設計S1986年Schultz以對硝基苯酚磷酸膽堿酯（PNPPC）作為相應的羧酸二酯的過渡態(tài)類似物。S誘導產生的抗體酶使水解反應速度加快12000倍。利用過渡態(tài)類似物制備抗體酶利用過渡態(tài)類似物制備抗體酶2 抗體與半抗原互補法（誘導法）抗體與半抗原互補法（誘導法）以帶電荷的半抗原誘導抗體結合

7、部位的一個氨基酸殘基帶有互補的電荷,使其具有酸、堿或親核催化的能力。3抗體結合部位修飾抗體結合部位修飾化學誘變法將具有催化活性的基團通過化學修飾法引入到抗體分子中；蛋白質工程技術使抗體結合部位的氨基酸殘基產生定向改變。Landry等用可卡因水解的過渡態(tài)類似物-磷酸單酯為半抗原，產生的單克隆抗體能催化可卡因的分解，其催化活性和血液中催化可卡因的丁酰膽堿酯酶差不多，水解后的可卡因片斷失去可卡因刺激功能。 六、印跡酶六、印跡酶 1分子印跡原理 分子印跡(molecular imprinting)：模擬自然界所存在的分子識別作用, 以目標分子(即印跡分子， print molecule)為模板合成聚合物（即印跡聚合物）的方法。分子印跡的基本過程： 選定印跡分子和功能單體，使二者發(fā)生互補反應； 在印跡分子-單體復合物周圍發(fā)生聚合反應； 從聚合物中除掉印跡分子。2分子印跡酶分子印跡酶印跡底物及其類似物印跡過渡態(tài)類似物3生物印跡酶生物印跡酶 利用配體誘導酶活性中心構象發(fā)生變化，形成一種高活性的構象形式，此種構象形式因酶在有機介質中的高度剛性或通過交聯(lián)固定而得到保持。有機相生物印跡酶水相生物印跡酶枯草桿菌蛋白酶從含有競爭性抑制