11人工模拟酶

第十一章人工模拟酶,理论基础和策略合成酶印迹酶,一、模拟酶的理论基础和策略,1、模拟酶的概念,模拟酶又称人工酶或酶模型，是生物有机化学的一个分支。模拟酶是在分子水平上模拟酶活性部位的形状、大小及微环境等结构特征，以及酶的作用机理和立体化学等特性的一门科学。,2、模拟酶的理论基础,1)模拟酶的酶学基础：酶的催化机制稳定过渡态理论人工体系的识别、结合和催化,具有与底物/过渡态定向结合的能力催化基团与底物/过渡态之间具有相互匹配的立体化学特征,2)超分子化学：主-客体化学(host-guestchemistry):主体与客体通过配位键或其他次级键形成稳定复合物的化学领域。超分子化学(supramolecularchemistry):当接受体与络和离子或分子通过非共价键相互作用，结合成具有稳定结构和性质的超分子，超分子具有分子识别、催化和选择性输出的功能。,模拟基础：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反应的动力学及各中间物的知识模拟原则：为底物提供良好的微环境、以便非共价相互作用催化基团必须相对于结合点尽可能同底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,二、合成酶,主-客体酶胶束酶肽酶抗体酶半合成酶,按照模拟酶的属性:,1、主-客体酶,环糊精酶模型,水解酶的模拟,胰凝乳蛋白酶,核糖核酸酶的模拟,核糖核酸酶的模拟,合成的主-客体酶模型,用人工合成的冠醚、穴醚、环番、杯芳烃等大环多齿配体构筑酶模型。首先优化对底物的结合，其次是催化基团的定位。,2、胶束模拟酶,胶束在水溶液中提供了疏水微环境，可对底物进行束缚，将催化基团和辅酶共价或非共价连接或吸附在胶束上，就可能形成活性中心部位，使胶束成为具有酶活力或部分酶活力的胶束模拟酶。,3、肽性酶,肽性酶（pepzyme）就是模拟天然酶活性部位而人工合成的具有催化活性的多肽。,4、半合成酶,半合成酶是以天然蛋白质或酶为母体，用化学或生物学方法引进适当的活性部位或催化基团，或改变其结构，从而形成新的人工酶。,化学诱变法引入辅酶,又称为催化抗体(catalyticantibody)，是抗体的高度选择性和酶的高效催化能力结合的产物，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。,5、抗体酶abzyme,三、印迹酶,分子印迹与分子印迹酶生物印迹与生物印迹酶,1、分子印迹与分子印迹酶,分子印迹(molecularimprinting)是制备对某一化合物具有选择性的聚合物的过程。这个化合物叫印迹分子(printmolecule,P)或模板分子(template,T)，制得的聚合物简称MIP。,分子印迹原理,印迹分子与单体相互作用类型,可逆共价结合苯基-D-甘露吡喃糖苷为印迹分子，2分子的4-乙烯基苯基硼酸为单体，EDMA(乙二醇二甲丙烯酸酯)为交联剂，四氧呋喃/乙氰为惰性溶剂，得到印迹聚合物可以拆分这个糖的外消旋混合物。非共价结合,可逆共价进行的分子印迹,非共价结合进行的分子印迹,分子印迹聚合物的制备方法,选定印迹分子和单体，让二者充分作用在印迹分子周围发生聚合反应将印迹分子从聚合物中抽提出去,表面分子印迹,所谓表面分子印迹，就是采取一定的措施把几乎所有的结合位点局限在具有良好可接近性的表面上，从而有利于模板分子的脱除和再结合，因此该方法尤其适合于对生物大分子的印迹。,分子印迹酶,通过分子印迹技术产生类似于酶的活性中心的空腔，对底物产生有效结合；并利用此技术在结合空腔内诱导产生催化基团，与底物定向排列。印迹分子包括：底物、底物类似物、酶抑制剂、过渡态类似物及产物等。,生物印迹（bioimprinting）是分子印迹的一种形式，它是以天然的生物材料如蛋白质和糖类物质为骨架，在其上进行分子印迹而产生对印迹分子具有特异性识别空腔的过程。,2、生物印迹和生物印迹酶,原理：生物分子构象的柔性在无水有机相中被消除，其构象被固定，因而模板分子与生物分子在水溶液中相互作用后产生的构象变化移入无水有机相后才能得以保持。,生物印迹酶,有机相生物印迹酶：脂肪酶,水相生物印迹酶,1）酯水解生物印迹酶用吲哚乙酸印迹牛胰核糖核酸酶，用戊二醛交联固定印迹蛋白的构象，透析去除印迹分子后得到具有酯水解能力的生物印迹酶。,2）HF水解生物印迹酶以底物类似物印迹核糖核酸酶，采用长链二酰亚胺固定被印迹的蛋白构