11人工模拟酶 酶工程与蛋白质工程 教学课件.pptVIP

* 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 催化基团的定向引入 具有与底物定向结合的能力 催化基团与底物之间具有相互匹配的立体化学特征 2)超分子化学： 为主-客体化学(host-guest chemistry):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(supramolecular chemistry):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。 设计前： 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的能力 反应的动力学及各中间物的知识 设计中： 为底物提供良好的微环境 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 分子印迹酶 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(catalytic antibody)，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(molecular imprinting)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(print molecule, 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-α-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 *