第七章酶的模拟

1、第七章第七章 酶的人工模拟酶的人工模拟模拟酶（模拟酶（enzyme mimics）又称人工酶（artificial enzyme）或合成酶（synzymes）， chemzymes；模拟酶：根据酶的催化原理，模拟酶的催化功能，用有机化学和生物学的方法来合成具有专一催化功能的酶的模拟物。三个层次：合成具有酶类似活性的简单络合物，酶的活性中心模拟酶的整体模拟SOD(Mn)及其模拟酶及其模拟酶细胞色素细胞色素C氧化还原酶及其模拟酶氧化还原酶及其模拟酶模拟酶的分类：主客体酶模型，胶束酶模型；肽酶半合成酶抗体酶分子印迹酶模型等。近年来又出现了杂化酶和进化酶。一、主一、主-客体酶模型客体酶模型根据酶催化反

2、应机理，合成出能识别底物（客体）又具有酶活性部位催化基团的主体分子，从而有效地模拟酶的催化过程。主体分子：包括环糊精、冠醚、穴醚、杂环大环化合物和卟啉类等。 （一）（一）环糊精（环糊精（cyclodextrin，CD）酶）酶模型模型CD：由多个D-葡萄糖以1，4-糖苷键结合而成的一类环状低聚糖。略呈锥形的圆筒，外侧是亲水的，其内侧是C3，C5上的氢原子和糖苷氧原子组成的空腔，具有疏水性，因而能包结（inclusion）多种客体分子，很类似酶对底物的识别。cavity 1 水解蛋白酶的模拟水解蛋白酶的模拟利用-CD作为酶的结合部位，而连在其侧链上的羧基、咪唑基及CD本身的一个羟基共同构成催化中心

3、，实现了胰凝乳蛋白酶的模拟。 组氨酸咪唑基的引入2核糖核酸酶的模拟核糖核酸酶的模拟 催化基团所处的位置可对反应的选择性起作用。 碱性条件下水解，同时产生和两种产物，而在A的催化下水解只生成； B催化水解反应只生成。 3转氨酶的模拟转氨酶的模拟A.转氨速度比吡哆胺单独存在时快200倍；具一定立体选择性，B.乙二胺的引入不仅使反应加速2000倍以上；表现出很好的立体选择性。4 桥联环糊精仿酶模型桥联环糊精仿酶模型多个CD分子的桥联及桥基上的功能基构成了具有协同包结和多重识别功能的催化活性中心，能更好地模拟酶对底物的识别与催化功能。二、胶束模拟酶二、胶束模拟酶胶束在水溶液中提供了疏水微环境(类似于酶

4、的结合部位)，可以对底物束缚。如果将催化基团和一些辅酶共价或非共价地连接或吸附在胶束上，就有可能提供“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例：N-十四酰基组氨酸所形成的胶束催化对硝基苯酚乙酸酯的水解，其催化效率比不能形成胶束的N-乙酰基组氨酸高3300倍。将疏水性维生素B6衍生物与阳离子胶束混合形成的胶束体系中，可将酮酸转化为氨基酸，有效地模拟了以维生素B6为辅酶的转氨基作用。氨基酸的收率达52%策略：一系列端基为咪唑基、羧基、羟基或氨基的长链化合物溶于水，形成“簇”，每个簇为一多组分混合体系，每一个组分含有一个潜在的催化基团，可与相邻的催化基团协同作用。 三、肽酶三、

5、肽酶（pepzyme） 肽酶：模拟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-丝氨酸-甘氨酸三肽，具有谷胱甘肽过氧化物酶的活力。29肽ChPepz和TrPepz分别模拟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别与其模拟的酶相同。 四、半合成酶四、半合成酶 半合成酶：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一种新的“人工酶”。化学诱变化学诱变枯草杆菌蛋白酶ser突变为硒代半胱氨酸后，既表现出转氨酶的活性又表现出含硒谷胱甘肽过氧化物酶活性。将辅酶引入结构已明了的蛋白质将辅酶引入结构已明了的蛋白质 黄素共价结合在木瓜

6、蛋白酶上，从而将蛋白酶转变成氧化原酶。在肌红蛋白的His-上连接钌(II)氨络合物，结果产物具有很强的氧化活性，接近天然抗坏血酸氧化酶的活力。五、抗体酶（五、抗体酶（Abzyme）又称催化抗体催化抗体（catalytic antibody） 理论基础：过渡态理论。 制备方法： 1.过渡态类似物设计过渡态类似物设计S1986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。S诱导产生的抗体酶使水解反应速度加快12000倍。利用过渡态类似物制备抗体酶利用过渡态类似物制备抗体酶2 抗体与半抗原互补法（诱导法）抗体与半抗原互补法（诱导法）以带电荷的半抗原诱导抗体结合

7、部位的一个氨基酸残基带有互补的电荷,使其具有酸、碱或亲核催化的能力。3抗体结合部位修饰抗体结合部位修饰化学诱变法将具有催化活性的基团通过化学修饰法引入到抗体分子中；蛋白质工程技术使抗体结合部位的氨基酸残基产生定向改变。Landry等用可卡因水解的过渡态类似物-磷酸单酯为半抗原，产生的单克隆抗体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胆碱酯酶差不多，水解后的可卡因片断失去可卡因刺激功能。 六、印迹酶六、印迹酶 1分子印迹原理 分子印迹(molecular imprinting)：模拟自然界所存在的分子识别作用, 以目标分子(即印迹分子， print molecule)为模板合成聚合物（即印迹聚合物）的方法。分子印迹的基本过程： 选定印迹分子和功能单体，使二者发生互补反应； 在印迹分子-单体复合物周围发生聚合反应； 从聚合物中除掉印迹分子。2分子印迹酶分子印迹酶印迹底物及其类似物印迹过渡态类似物3生物印迹酶生物印迹酶 利用配体诱导酶活性中心构象发生变化，形成一种高活性的构象形式，此种构象形式因酶在有机介质中的高度刚性或通过交联固定而得到保持。有机相生物印迹酶水相生物印迹酶枯草杆菌蛋白酶从含有竞争性抑制