第九章模拟酶人工酶-说课.pptVIP

较为理想的小分子仿酶体系有环糊精、冠醚、环番、环芳烃、卟啉等大环化合物； 大分子仿酶体系有聚合物酶模型，分子印迹酶模型、胶束酶模型。 化学修饰、基因工程改造天然酶产生的半合成人工酶。 抗体酶 理论基础 主客体化学：主体和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。本质上，来源于酶和底物的相互作用，主体和客体在结合部位的空间及电子排列的互补。 超分子化学：超分子起源于底物和受体的结合，基于非共价健的相互作用，如静电作用、氢键、范德华力等。当接受体和络合离子或分子结合成稳定的、具有稳定结构和性质的实体，即“超分子”，它兼具分子识别、催化和选择性输出的功能。 主客体化学、超分子化学是酶人工模拟的重要理论基础。根据酶催化反应机理，若能合成出能识别底物又具有酶活性部位催化基团的主体分子，就能有效地模拟酶的催化过程。 按照模拟酶的属性，可分为： ①主客体酶模型 ②胶束酶模型 ③肽酶 ④抗体酶 ⑤分子印迹 ⑥半合成酶。 Breslow等人设计了2种核糖核酸酶模型：A、B，A催化只生成III，B催化只生成II。 CD底物复合物的几何形状和催化基团所处的位置对选择性起了决定性作用。最佳pH6：一个咪唑基以碱的形式，另一个咪唑基以质子化形式参加反应，与天然酶相似。 非共价结合 例：印迹分子苯丙氨酸衍生物与聚合单体甲基丙烯酸通过离子键、氢键、疏水作用相结合。 比共价结合法优越，可使用不同的单体、洗脱印迹分子的过程更加简单。 印迹技术的特点 印迹技术可以产生对底物的特异性结合部位。 将催化官能团以确定的排列引入结合部位。 底物必须与印迹分子的结构、大小相似，并能与催化官能团相结合。 热力学控制的拆分（对映体选择）：决定因素是空隙内功能基的取向，形状选择性是第二位的。 动力学控制的拆分：主要受平衡结合常数的影响，孔穴的形状是最重要的识别因素。 * 表面分子印迹 在载体表面产生分子印迹空腔或进行表面修饰产生印迹结合部位的过程。 1．无机物为载体的表面印迹 如：将3-（三甲氧基硅烷基）甲基丙烯酸共价结合在大孔硅胶表面，引入聚合单体甲基丙烯酸酯，待印迹分子与单体共同包被在硅胶表面，聚合，除去印迹分子。 2．固体材料的表面修饰 3．蛋白质的表面印迹 用大分子为模板制备大分子蛋白质印迹聚合物。 * 蛋白质表面印迹在聚合物涂层的硅石上的示意 * 生物印迹 生物印迹：指以天然的生物材料，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。 原理：生物分子构象的柔性在有机相中被取消（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在移入有机相后得以保持。 印迹的生物分子只能在无水有机相中起作用：有机相中蛋白质的刚性保持了原来的构象，在水相中蛋白质结合模板的构象不能保持。 如：用酒石酸作用于牛血清白蛋白，冷冻干燥，再用溶剂抽提酒石酸，得到酒石酸印迹的BSA。印迹白蛋白在无水乙酸乙酯溶剂中结合酒石酸的量比未印迹的白蛋白高30倍. 生物印迹制备半合成酶 1、蛋白质部分变性，扰乱起始蛋白质的构象。 2、加入印迹分子，与部分变性的蛋白质充分结合。 3、印迹分子与蛋白质相互作用后，用交联剂交联印迹的蛋白质。 4、透析等方法除去印迹分子。 使起始蛋白质产生了类似于酶的新的活性中心，赋予了新的酶活力。 起始蛋白质既可以无酶活力的蛋白质，也可以是有活力的酶，印迹分子通常是酶的抑制剂、底物修饰物、过渡态类似物。 * 分子印迹酶： 通过分子印迹技术可以产生类似于酶的活性中心的空腔，对底物产生有效的结合作用，并可以在结合部位的空腔内诱导产生催化基团，并与底物定向排列。 性质：遵循米氏方程，催化活力依赖反应速度常数。 在人工酶的研究中，印迹被证明是产生酶结合部位最好的方法。 印迹分子的选择： 1.印迹底物及其类似物 2.印迹过渡态类似物 3.印迹过渡态类似物以及产物 * 非水相生物印迹酶制备示意图 有机相生物印迹酶：在水相介质中受体（酶底物、抑制剂、过渡态类似物）诱导的非酶蛋白质或酶产生“记忆”效应，冷冻干燥后，在非水介质中，其构象刚性保持诱导产生的结合部位。 如：脂肪酶印迹酶 生物印迹可以改变酶的活性部位，改变酶结合部位的特异性，从而改造酶。 抗体 由抗原诱导产生的，在结构上与抗原高度互补并与抗原具有特异结合功能的免疫球蛋白。 抗体的最显著的特征是 多样性和专一性 酶是生物催化剂 酶是一类具有催化功能的生物分子 酶反应有两个主要的特征： 高催化效率、高选择性 1946年，Pauling用过渡态理论阐明酶催化的实质 酶之所以具有催化活力是因为它能特异性结合并稳定化学反应的过渡态(底物激态)，从而降低反应能级。 对任何化学反应，反应物在变为产物之前，必须获得一定的能量，成为活化态或称过渡态。过渡态处于最高能阶上。 过渡态与