第九章模拟酶人工酶-课件PPT.pptVIP

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。 过渡态与反应物的能阶之差称为活化能。 获得活化能的多少与反应的速度成正比。 过渡态理论是解释酶催化原理的经典理论。 过渡态理论 过渡态理论认为，酶与底物的结合经历了一个易于形成产物的过渡态，实际上是降低了反应所需的活化能。 过渡态理论 与反应过渡状态结合作用 在酶催化的反应中，与酶的活性中心形成复合物--实际上是底物形成的过渡状态， 酶与过渡状态的亲和力要大于酶与底物或产物的亲和力。 抗体与酶 抗体具有极高的亲和力，与酶相似。 抗体与酶的本质差别：酶是能与反应过渡态选择结合的催化性物质，结合过渡态降低能障，而抗体是和基态紧密结合的物质。 以过渡态类似物作为半抗原，诱导与其互补构象的抗体，使其具有催化活性（抗体酶）。 1969年Jencks根据抗体结合抗原的高度特异性，与天然酶结合底物的高度专一性相类似的特性，在过渡态理论的基础上首先提出设想： 能与化学反应中过渡态结合的抗体，可能具有酶的活性，催化反应的进行。 1986年Lerner和Schultz证实了这一设想。 抗体酶设想 抗体酶的发现 Lerner和Schultz分别领导各自的研究小组首次观察到了抗体具有选择性的催化活性。 1986年美国Lerner和Schultz两个实验室同时在Science上发表论文，报道他们成功地得到了具有催化活性的抗体。 并将这类具催化能力的免疫球蛋白称为催化抗体，即抗体酶。 1986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。 诱导产生的抗体酶使水解反应速度加快12000倍。 抗体酶 抗体酶（Abzyme）或催化抗体（Catalytic antibody) 一种具有催化功能的抗体分子，在其可变区赋予了酶的属性。 它是利用现代生物学与化学的理论与技术交叉研究的成果，是抗体的高度选择性和酶的高效催化能力巧妙结合的产物。 过渡态理论与抗体酶 如果使抗原最大限度地接近某一特定反应的过渡态，就可能使诱导的抗体在与之结合时发挥催化作用。 实际所采用的过渡态抗原只是推测而设计的过渡态类似物。 用过渡态类似物诱导的抗体所催化的反应并非该类似物本身，而是与其相似的另一种反应。 抗体酶具有典型的酶反应特性 结合了酶与抗体的优点，既可以起酶促催化作用，又可以起抗体的选择性和专一性结合抗原的作用。与配体(底物)结合的专一性，包括立体专一性，抗体酶催化反应的专一性可以达到甚至超过天然酶的专一性； 具有高效催化性，一般抗体酶催化反应速度比非催化反应快102～106倍，有的反应速度已接近于天然酶促反应速度；仍比天然酶慢 抗体酶还具有与天然酶相近的米氏方程动力学及pH依赖性等。 在理论上研究酶的作用机理，也为过渡态理论提供依据。 抗体酶的特性 有更强的专一性和稳定性 抗体的精细识别使其能结合几乎任何天然的或合成的分子 抗体酶催化反应的介质效应 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：有机溶剂引起脱羧反应速率增加。 酰基转移反应中介质效应 ：在疏水溶剂中，活性较高。 抗体酶的催化反应类型 天然酶所催化的6种酶促反应和数10种类型的常规反应的抗体酶，如酯、羧酸和酰胺键的水解、酰胺的形成、光诱导裂解和聚合、酯交换、内酯化、克莱森重排、金属螯合、环氧化、氧化还原、化学上不利的环化、肽键形成、脱羧、过氧化、周环反应。 能催化一些天然酶不能催化的反应 有许多化学反应还没有已知酶催化进行 抗体的多样性决定了抗体酶催化反应类型多样性 抗体酶可以根据需要人工裁制 抗体酶的制备 将抗体转变为酶可通过诱导法、拷贝法、引入法、化学修饰法等途径。 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的单抗即抗体酶。 拷贝法主要根据抗体生成过程中抗原-抗体互补性来设计的。 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的抗原结合位点上，使其获得催化功能。 化学修饰法对抗体进行化学修饰，使抗体与催化基团相连。 诱导法 设计半抗原 选择合适的反应过渡态类似物作为化学模型物 用设计好的半抗原，与载体蛋白（如牛血清白蛋白）偶联制成抗原；将此抗原进行免疫，使宿主针对抗原产生抗体。 用标准的单克隆技术制备、分离、筛选抗体酶：产生抗体的脾