抗体酶核酶极端

抗体酶核酶极端抗体酶核酶极端第1页10.1模拟酶11.1.1模拟酶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形状、大小及其微环境等结构特征，以及酶作用机制和立体化学一门学科，是从分子水平上模拟生物功效一门边缘学科。模拟酶是20世纪60年代发展起来一个新研究领域，是仿生高分子一个主要内容。

抗体酶核酶极端第2页用合成高分子来模拟酶结构、特征、作用原理以及酶在生物体内化学反应过程。酶是一类有催化活性蛋白质，它含有催化效率高、专一性强、反应条件温和等特点。酶轻易受到各种物理、化学原因影响而失活，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处理酶以上缺点。

抗体酶核酶极端第3页模拟酶酶学基础酶作用机制：过渡态理论对简化人工体系中识别、结合和催化研究2.模拟酶理论基础抗体酶核酶极端第4页超分子化学主-客体化学：主体和客体在结合部位空间及电子排列互补超分子：该分子形成源于底物和受体结合，这种结合基于非共价键相互作用，当接收体与络合离子或分子结合形成稳定，含有稳定结构和性质实体，形成超分子功效：分子识别、催化、选择性输出抗体酶核酶极端第5页3．设计关键点设计前：酶活性中心-底物复合物结构酶专一性及其同底物结合方式能力反应动力学及各中间物知识抗体酶核酶极端第6页3．设计关键点设计中：为底物提供良好微环境催化基团必须相对于结合点尽可能同底物功效团相靠近应含有足够水溶性，并在靠近生理条件下保持其催化活性抗体酶核酶极端第7页4.模拟酶分类和制备依据Kirby分类法单纯酶模型：化学方法经过天然酶活性模拟来重建和改造酶活性机理酶模型：经过对酶作用机制诸如识别、结合和过渡态稳定化认识，来指导酶模型设计和合成单纯合成酶样化合物：化学合成含有酶样催化活性简单分子抗体酶核酶极端第8页按照模拟酶属性主-客体酶模型胶束酶模型肽酶抗体酶分子印迹酶模型半合成酶抗体酶核酶极端第9页主-客体模型1.环糊精模拟酶----水解酶模拟环糊精分子结构抗体酶核酶极端第10页抗体酶核酶极端第11页水解酶模型抗体酶核酶极端第12页研究热点环糊精（CD）分子原来：在CD两面引入催化基团，经过柔性或刚性加冕引入疏水基团，改进CD疏水结合和催化功效现在，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抗体酶核酶极端第13页2.冠醚化合物模拟酶冠醚水解酶模拟物抗体酶核酶极端第14页胶束模拟酶单分子胶束酶模型抗体酶核酶极端第15页胶束酶模型抗体酶核酶极端第16页当前模拟酶研究主要有以下几方面：1.模拟酶金属辅基:有一类复合酶,除蛋白质外,还有含金属有机小分子物质或简单金属，叫做辅酶或辅基。辅基在催化反应中起着主要作用。有一些研究工作就是模拟酶分子中金属辅基。比如，模拟过氧化氢酶分子中铁卟啉辅基，合成了分解过氧化氢酶模型──三亚乙基四胺与三价铁离子络合物。这个模型在pH9.5和25℃条件下，其催化速率是血红蛋白或正铁血红素在一样条件下一万倍。化学模拟生物固氮一样是模拟固氮酶金属辅基。

抗体酶核酶极端第17页2.模拟酶活性功效基酶分子中直接与酶催化反应相关活性中心，通常是由几个活性功效基组成。比如牛胰核糖核酸酶催化中心是肽链序列中第12位和第119位两个组氨酸。

C.G.奥弗贝格等依据胰凝乳蛋白酶催化中心与丝氨酸羟基、组氨酸咪唑基和天冬氨酸羧基相关事实，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-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,水解催化剂，当pH为9.1时,其活性比单一乙烯基咪唑高63倍。抗体酶核酶极端第18页3.模拟酶与底物作用酶分子含有一定空间构型，它与被催化底物作用在构型上有较严格匹配关系，表达了酶专一性。为了模拟酶结合功效，多年来大家合成了许多冠醚化合物来模拟酶。伴随冠醚空穴尺寸不一样，其对底物选择性也不一样。抗体酶核酶极端第19页4.模拟酶性状在水溶液中，酶形成巨大分子缔合体（胶束），组成同一分子内疏水和亲水微环境。模拟酶这种微环境中化学反应特殊性质，也是模拟酶一个主要方面。有些人利用组氨酸衍生物十四酰组氨酸与十六酰烷基－三甲基溴化铵组成两种分子混合微胶束，来催化乙酸对硝基苯酯水解，其速率比组氨酸增加了100倍。抗体酶核酶极端第20页5.模拟酶高分子作用方式酶是一类由氨基酸组成，以多肽链为骨架生物大分子。大家利用高分子化合物作为模型化合物骨架，引入活性功效基来模拟酶高分子作用方式。比如，用分子量为40000～60000聚亚乙基亚胺作为模型化合物骨架，引入10％摩尔十二烷基和15％摩尔咪唑基，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水解，其活性比天然Ⅱ型芳基硫酸酯酶高100倍。抗体酶核酶极端第21页10.1.2抗体酶（Abzyme)抗体酶核酶极端第22页内容抗体酶概念抗体酶产生理论基础抗体酶制备方法抗体酶应用抗体酶核酶极端第23页抗体由抗原诱导产生，在结构上与抗原高度互补并与抗原含有特异结合功效免疫球蛋白。抗体最显著特征是多样性和专一性抗体酶核酶极端第24页抗体酶核酶极端第25页抗体中每条链中有恒定区和可变区。

抗体酶核酶极端第26页抗体酶核酶极端第27页相同点：都是蛋白质，都有特异性。不一样点：1）酶与抗体差异：酶是能与反应过渡态选择结合催化性物质，抗体是和基态分子结合催化性物质。2）酶活性和合成受到代谢调整，种类有限。抗体只有在抗原存在时才产生，种类无限。抗体与酶异同：抗体酶核酶极端第28页酶是生物催化剂酶是一类含有催化功效生物分子酶反应有两个主要特征：高催化效率、高选择性1946年，Pauling用过渡态理论说明酶催化实质酶之所以含有催化活力是因为它能特异性结合并稳定化学反应过渡态(底物激态)，从而降低反应能级。抗体酶核酶极端第29页对任何化学反应，反应物在变为产物之前，必须取得一定能量，成为活化态或称过渡态。过渡态处于最高能阶上。过渡态与反应物能阶之差称为活化能。取得活化能多少与反应速度成正比。

过渡态理论是解释酶催化原理经典理论。过渡态理论抗体酶核酶极端第30页过渡态理论认为，酶与底物结合经历了一个易于形成产物过渡态，实际上是降低了反应所需活化能。过渡态理论抗体酶核酶极端第31页与反应过渡状态结合作用在酶催化反应中，与酶活性中心形成复合物实际上是底物形成过渡状态，酶与过渡状态亲和力要大于酶与底物或产物亲和力。抗体酶核酶极端第32页1969年Jencks依据抗体结合抗原高度特异性，与天然酶结合底物高度专一性相类似特征，在过渡态理论基础上首先提出构想：能与化学反应中过渡态结合抗体，可能含有酶活性，催化反应进行。1986年Lerner和Schultz证实了这一构想。抗体酶构想抗体酶核酶极端第33页抗体酶发觉Lerner和Schultz分别领导各自研究小组首次观察到了抗体含有选择性催化活性。1986年美国Lerner和Schultz两个试验室同时在Science上发表论文，报道他们成功地得到了含有催化活性抗体。并将这类具催化能力免疫球蛋白称为催化抗体，即抗体酶。抗体酶核酶极端第34页1986年Schultz以对硝基苯酚磷酸胆碱酯（PNPPC）作为对应羧酸二酯过渡态类似物。诱导产生抗体酶使水解反应速度加紧1倍。抗体酶核酶极端第35页抗体酶抗体酶（Abzyme）或催化抗体（Catalyticantibody)是抗体高度选择性和酶高效催化能力巧妙结合产物。本质上是一类含有催化活力免疫球蛋白，在其可变区赋予了酶属性。它是利用当代生物学与化学理论与技术交叉研究结果，是抗体高度选择性和酶高效催化能力巧妙结合产物。抗体酶核酶极端第36页抗体酶含有经典酶反应特征与配体(底物)结合专一性，包含立体专一性，抗体酶催化反应专一性能够到达甚至超出天然酶专一性；含有高效催化性，普通抗体酶催化反应速度比非催化反应快102～106倍，有反应速度已靠近于天然酶促反应速度；抗体酶还含有与天然酶相近米氏方程动力学及pH依赖性等。抗体酶核酶极端第37页过渡态理论与抗体酶假如使抗原最大程度地靠近某一特定反应过渡态，就可能使诱导抗体在与之结合时发挥催化作用。实际所采取过渡态抗原知识推测而设计过渡态类似物。用过渡态类似物诱导抗体所催化反应并非该类似物本身，而是与其相同另一个反应。抗体酶核酶极端第38页抗体酶特征1、能催化一些天然酶不能催化反应有许多化学反应还没有已知酶催化进行抗体多样性决定了抗体酶催化反应类型多样性抗体酶能够依据需要人工裁制一个对酶促反应过渡态特异抗体结合了酶与抗体优点，既能够起酶促催化作用，又能够起抗体选择性和专一性结合抗原作用。抗体酶核酶极端第39页抗体酶催化反应类型1、转酰基反应2、水解反应3、Claisen重排反应4、酰胺合成反应5Diels-Alder反应6、转酯反应7、光诱导反应8、氧化还原反应9、脱羧反应10、顺反异构化反应抗体酶核酶极端第40页抗体酶特征2、有更强专一性和稳定性抗体精细识别使其能结合几乎任何天然或合成分子抗体酶催化反应介质效应酯解反应中介质效应：抗体酶在有机溶剂中具稳定性。脱羧反应中介质效应：有机溶剂引发脱羧反应速率增加。酰基转移反应中介质效应：在疏水溶剂中，活性较高。抗体酶核酶极端第41页抗体酶制备将抗体转变为酶可经过诱导法、拷贝法、引入法、化学修饰法等路径。诱导法是利用反应过渡态类似物为半抗原制作单克隆抗体，筛选出具高催化活性单抗即抗体酶。拷贝法主要依据抗体生成过程中抗原-抗体互补性来设计。引入法则借助基因工程和蛋白质工程将催化基因引入到特异抗体抗原结合位点上，使其取得催化功效。化学修饰法反抗体进行化学修饰，使抗体与催化基团相连。抗体酶核酶极端第42页1.诱导法用设计好半抗原，经过与载体蛋白（如牛血清白蛋白）偶联制成抗原。然后对动物进行免疫，取免疫动物脾细胞与骨髓瘤细胞杂交，杂交细胞则分泌单克隆抗体，经筛选和纯化，得抗体酶。

抗体酶核酶极端第43页抗体酶核酶极端第44页用酶作为抗原免疫动物得到抗酶抗体，再将此抗体免疫动物并进行单克隆化，取得单克隆抗抗体。反抗抗体进行筛选，取得含有原来酶活性抗体酶。2.拷贝法抗体酶核酶极端第45页抗体酶核酶极端第46页3.引入法将催化基团或辅助因子引入到抗体抗原结合部位，可采取选择性化学修饰方法，亦可利用蛋白质工程和基因工程技术抗体酶核酶极端第47页四、抗体酶应用

1.戒毒:

用可卡因水解过渡态类似物-磷酸单酯为半抗原，产生单克隆抗体能催化可卡因分解，水解后可卡因片断失去可卡因刺激功效。抗体酶核酶极端第48页2.

肿瘤治疗

抗体介导前药治疗技术:将能水解前药释放出肿瘤细胞毒剂酶和肿瘤专一性抗体相偶联，则酶经过和肿瘤结合抗体存在于细胞表面。静脉给药后，当药品扩散至肿瘤细胞表面或附近，抗体酶将前药快速水解释放出抗肿瘤药品。抗体酶核酶极端第49页第二节核酶（Ribozyme)一、核酶概念二、核酶种类三、核酶应用四、核酶面临问题五、影响核酶活性原因抗体酶核酶极端第50页

含有生物催化功效RNA。一、核酶概念生物催化剂（Biocatalyst）蛋白质类：天然酶

enzyme

极端酶extremozyme

抗体酶abzyme

生物工程酶其它：模拟酶核酸类:克隆酶遗传修饰酶蛋白质工程新酶、RibozymeDeoxyribozyme抗体酶核酶极端第51页I型内含子剪接型核酶

II型内含子锤头核酶剪切型核酶发夹核酶自体催化丁型肝炎病毒（HDV)核酶

RNaseP异体催化

二、核酶分类抗体酶核酶极端第52页1.剪接型核酶

剪接型核酶作用机制是经过既剪又接方式除去内含子（Intron)。抗体酶核酶极端第53页1）I类内含子自我剪接(Self-splicing)I型IVS(interveningsquense,间隔序列）是与四膜虫26srRNA前体IVS结构相同间隔序列，含有环状结构。经过转磷酸酯反应，生成成熟26srRNA及G-IVS，G-IVS经两次环化生成L-19IVS。催化过程需要鸟苷酸或鸟苷以及镁离子参加。剪接机制L-19IVS在体外各种酶活性抗体酶核酶极端第54页p3’HO-Gp3’pP-GOHpP-G3‘HO

Ⅰ类内含子剪接机制Mg2+或Mn2+GMP,GDP,GTP外显子

内含子或居间序列（Interveningsequence,IVS)5‘抗体酶核酶极端第55页

抗体酶核酶极端第56页UCUAAAIVSGUAAPre-rRNAUCU

AAAGUAAUCUoH3’5‘GAAAGUAAUCUUAA5’GAAAGOH3’G-IVSL-19IVS19nt5‘3‘rRNA5‘3‘5‘pGOH3‘5‘3‘四膜虫rRNA前体自我剪接反应抗体酶核酶极端第57页抗体酶核酶极端第58页1、转核苷酸作用

2CpCpCpCpCCpCpCpCpCpC+CpCpCpC2、水解作用

CpCpCpCpCCpCpCpC+pC3、转磷酸作用CpCpCpCpCpCp+UpCpUCpCpCpCpCpC+UpCpUp4、去磷酸作用

CpCpCpCpCpCpCpCpCpC+Pi5、限制性内切酶作用

CpUpCpUpN+GCpUpCpU+GpN抗体酶核酶极端第59页2）Ⅱ类内含子自我剪接Ⅱ型IVS是与细胞核mRNA前体IVS结构相同间隔序列。经过转磷酸酯反应，生成成熟RNA及套环状IVS。催化剪接反应不需要鸟苷或鸟苷酸参加，但仍需要镁离子(Mg2+)。剪接机制抗体酶核酶极端第60页p2‘HO-Ap

p-Ap3’OHpP-AHO3’Ⅱ类内含子剪接机制Mg2+套环形成5‘3‘外显子连接抗体酶核酶极端第61页2.剪切型核酶

这类RNA进行本身催化反应是只切不接。

1）自体催化剪切型

剪切机制

抗体酶核酶极端第62页转酯化过程：由靠近切割位点3‘端2’OH或氧原子对切割位点磷原子实施亲核攻击，产生5‘-OH和2’，3‘-环磷酸二酯。

剪切机制核酶本身剪切反应抗体酶核酶极端第63页锤头型核酶二级结构和空间立体结构示意图三个双螺旋区。13个核苷酸残基保守序列。剪切反应在右上方GUX序列3‘端自动发生。抗体酶核酶极端第64页发夹（hairpin）结构1989年（Hample）研究烟草环斑病毒（sTRSV）负链RNA自我剪切反应，提出发夹结构（hairpinstructure）模型。发夹核酶结构模型抗体酶核酶极端第65页四个螺旋区、三个连接区和两个环。剪切反应发生在底物识别序列GUC5‘端。5‘3‘

发夹二级结构模型剪切位点抗体酶核酶极端第66页2)异体催化剪切型

核糖核酸酶P(RNaseP)是内切核酸酶，是核糖核蛋白体复合物，能剪切全部tRNA前体5‘端，除去多出序列，形成3’-OH和5’-磷酸末端。

RNaseP由M1RNA和蛋白质亚基组成。抗体酶核酶极端第67页携带氨基酸识别并结合氨基酰tRNA合成酶识别mRNA上密码识别并结合核蛋白体氨基酸臂DHU