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(chēng)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(jī)化學(xué)和生物學(xué)的方法來(lái)合成具有專(zhuān)一催化功能的酶的模擬物。三個(gè)層次：合成具有酶類(lèi)似活性的簡(jiǎn)單絡(luò)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(xì)胞色素細(xì)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(lèi)：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(lái)又出現(xiàn)了雜化酶和進(jìn)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(yīng)機(jī)理，合成出能識(shí)別底物（客體）又具有酶活性部位催化基團(tuán)的主體分子，從而有效地模擬酶的催化過(guò)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(lèi)等。 （一）（一）環(huán)糊精（環(huán)糊精（cyclodextrin，CD）酶）酶模型模型CD：由多個(gè)D-葡萄糖以1，4-糖苷鍵結(jié)合而成的一類(lèi)環(huán)狀低聚糖。略呈錐形的圓筒，外側(cè)是親水的，其內(nèi)側(cè)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(jié)（inclusion）多種客體分子，很類(lèi)似酶對(duì)底物的識(shí)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(jié)合部位，而連在其側(cè)鏈上的羧基、咪唑基及CD本身的一個(gè)羥基共同構(gòu)成催化中心

3、，實(shí)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(tuán)所處的位置可對(duì)反應(yīng)的選擇性起作用。 堿性條件下水解，同時(shí)產(chǎn)生和兩種產(chǎn)物，而在A的催化下水解只生成； B催化水解反應(yīng)只生成。 3轉(zhuǎn)氨酶的模擬轉(zhuǎn)氨酶的模擬A.轉(zhuǎn)氨速度比吡哆胺單獨(dú)存在時(shí)快200倍；具一定立體選擇性，B.乙二胺的引入不僅使反應(yīng)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(gè)CD分子的橋聯(lián)及橋基上的功能基構(gòu)成了具有協(xié)同包結(jié)和多重識(shí)別功能的催化活性中心，能更好地模擬酶對(duì)底物的識(shí)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(lèi)似于酶

4、的結(jié)合部位)，可以對(duì)底物束縛。如果將催化基團(tuán)和一些輔酶共價(jià)或非共價(jià)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-十四酰基組氨酸所形成的膠束催化對(duì)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(yáng)離子膠束混合形成的膠束體系中，可將酮酸轉(zhuǎn)化為氨基酸，有效地模擬了以維生素B6為輔酶的轉(zhuǎn)氨基作用。氨基酸的收率達(dá)52%策略：一系列端基為咪唑基、羧基、羥基或氨基的長(zhǎng)鏈化合物溶于水，形成“簇”，每個(gè)簇為一多組分混合體系，每一個(gè)組分含有一個(gè)潛在的催化基團(tuán)，可與相鄰的催化基團(tuán)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(guò)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(zhì)或酶為母體，用化學(xué)或生物學(xué)方法引進(jìn)適當(dāng)?shù)幕钚圆课换虼呋鶊F(tuán)，或改變其結(jié)構(gòu)從而形成一種新的“人工酶”。化學(xué)誘變化學(xué)誘變枯草桿菌蛋白酶ser突變?yōu)槲腚装彼岷?，既表現(xiàn)出轉(zhuǎn)氨酶的活性又表現(xiàn)出含硒谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性。將輔酶引入結(jié)構(gòu)已明了的蛋白質(zhì)將輔酶引入結(jié)構(gòu)已明了的蛋白質(zhì) 黃素共價(jià)結(jié)合在木瓜

6、蛋白酶上，從而將蛋白酶轉(zhuǎn)變成氧化原酶。在肌紅蛋白的His-上連接釕(II)氨絡(luò)合物，結(jié)果產(chǎn)物具有很強(qiáng)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(chēng)催化抗體催化抗體（catalytic antibody） 理論基礎(chǔ)：過(guò)渡態(tài)理論。 制備方法： 1.過(guò)渡態(tài)類(lèi)似物設(shè)計(jì)過(guò)渡態(tài)類(lèi)似物設(shè)計(jì)S1986年Schultz以對(duì)硝基苯酚磷酸膽堿酯（PNPPC）作為相應(yīng)的羧酸二酯的過(guò)渡態(tài)類(lèi)似物。S誘導(dǎo)產(chǎn)生的抗體酶使水解反應(yīng)速度加快12000倍。利用過(guò)渡態(tài)類(lèi)似物制備抗體酶利用過(guò)渡態(tài)類(lèi)似物制備抗體酶2 抗體與半抗原互補(bǔ)法（誘導(dǎo)法）抗體與半抗原互補(bǔ)法（誘導(dǎo)法）以帶電荷的半抗原誘導(dǎo)抗體結(jié)合

7、部位的一個(gè)氨基酸殘基帶有互補(bǔ)的電荷,使其具有酸、堿或親核催化的能力。3抗體結(jié)合部位修飾抗體結(jié)合部位修飾化學(xué)誘變法將具有催化活性的基團(tuán)通過(guò)化學(xué)修飾法引入到抗體分子中；蛋白質(zhì)工程技術(shù)使抗體結(jié)合部位的氨基酸殘基產(chǎn)生定向改變。Landry等用可卡因水解的過(guò)渡態(tài)類(lèi)似物-磷酸單酯為半抗原，產(chǎn)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(shí)別作用, 以目標(biāo)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(guò)程： 選定印跡分子和功能單體，使二者發(fā)生互補(bǔ)反應(yīng)； 在印跡分子-單體復(fù)合物周?chē)l(fā)生聚合反應(yīng)； 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(lèi)似物印跡過(guò)渡態(tài)類(lèi)似物3生物印跡酶生物印跡酶 利用配體誘導(dǎo)酶活性中心構(gòu)象發(fā)生變化，形成一種高活性的構(gòu)象形式，此種構(gòu)象形式因酶在有機(jī)介質(zhì)中的高度剛性或通過(guò)交聯(lián)固定而得到保持。有機(jī)相生物印跡酶水相生物印跡酶枯草桿菌蛋白酶從含有競(jìng)爭(zhēng)性抑制