第五章-化学酶工程课件

酶工程酶工程Enzyme Engineering第五章第五章 化学酶工程化学酶工程第一节第一节 酶分子的化学修饰酶分子的化学修饰第二节第二节 模拟酶模拟酶第三节第三节 抗体酶抗体酶第四节第四节 印迹酶印迹酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第一节第一节 酶分子的化学修饰酶分子的化学修饰游离酶缺点：游离酶缺点：抗原性；抗原性；稳定性差；稳定性差；活性不够高。活性不够高。第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程广义：广义：凡是通过化学的方法和手段或是通过化学反应使酶的分凡是通过化学的方法和手段或是通过化学反应使酶的分子结构发生改变的技术或过程，都可称为酶的化学修饰。子结构发生改变的技术或过程，都可称为酶的化学修饰。狭义：狭义：酶的化学修饰则主要是指在较温和的条件下，以可控的酶的化学修饰则主要是指在较温和的条件下，以可控的方式使酶同某些化学试剂发生特异反应，从而引起单个氨基酸方式使酶同某些化学试剂发生特异反应，从而引起单个氨基酸残基或其功能基团发生共价的化学改变的过程。残基或其功能基团发生共价的化学改变的过程。定义定义第一节第一节 酶分子的化学修饰酶分子的化学修饰第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程酶化学修饰的目的酶化学修饰的目的：人为地改变天然酶的一些性质，创造人为地改变天然酶的一些性质，创造天然酶所不具备的某些优良特性甚至创造出新的特性，扩大酶天然酶所不具备的某些优良特性甚至创造出新的特性，扩大酶的应用领域。的应用领域。酶化学修饰后的变化酶化学修饰后的变化：改变活性部位的构象。改变活性部位的构象。提高生物活性。提高生物活性。增强酶的稳定性。增强酶的稳定性。降低酶类药物的抗原性。降低酶类药物的抗原性。改变酶学性质。改变酶学性质。第一节第一节 酶分子的化学修饰酶分子的化学修饰第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程酶化学修饰的原理酶化学修饰的原理利用化学修饰剂所具有的各种基团的特性，直接或间接地经过一利用化学修饰剂所具有的各种基团的特性，直接或间接地经过一定的活化过程与酶分子的某种氨基酸残基发生化学反应，从而使定的活化过程与酶分子的某种氨基酸残基发生化学反应，从而使酶分子的结构发生改变。酶分子的结构发生改变。被修饰酶。被修饰酶。修饰剂的选择。修饰剂的选择。修饰反应条件的选择。修饰反应条件的选择。第一节第一节 酶分子的化学修饰酶分子的化学修饰考虑因素考虑因素第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程 酶分子侧链基团的化学修饰酶分子侧链基团的化学修饰 酶分子表面的化学修饰酶分子表面的化学修饰方法及修饰剂方法及修饰剂第一节第一节 酶分子的化学修饰酶分子的化学修饰第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程采用一些可溶性的大分子物质通过共价键将其连接到酶分子的的采用一些可溶性的大分子物质通过共价键将其连接到酶分子的的表面，使之在酶表面形成覆盖层，从而使酶的性质发生改变，以表面，使之在酶表面形成覆盖层，从而使酶的性质发生改变，以满足人们的需要。满足人们的需要。常用的大分子修饰剂常用的大分子修饰剂：聚乙二醇、右旋糖酐、糖肽、肝素、血清聚乙二醇、右旋糖酐、糖肽、肝素、血清白蛋白。白蛋白。常见的修饰方法常见的修饰方法：溴化氰法、高碘酸氧化法、戊二醛法、叠氮法、：溴化氰法、高碘酸氧化法、戊二醛法、叠氮法、琥珀酸法、三氯均嗪法。琥珀酸法、三氯均嗪法。酶分子表面的化学修饰酶分子表面的化学修饰第一节第一节 酶分子的化学修饰酶分子的化学修饰第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程酶分子侧链基团的化学修饰酶分子侧链基团的化学修饰酶蛋白的侧链主要包括酶蛋白的侧链主要包括氨基氨基、羧基羧基、巯基巯基、胍胍基基、酚基酚基等。侧链基团等。侧链基团一旦改变将引起酶蛋白一旦改变将引起酶蛋白空间构象的改变，从而空间构象的改变，从而改变酶的特性和功能。改变酶的特性和功能。第一节第一节 酶分子的化学修饰酶分子的化学修饰第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程氨基的化学修饰氨基的化学修饰（赖氨酸）（赖氨酸）乙酸酐乙酸酐2,4,62,4,6三硝基苯磺酸三硝基苯磺酸第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程2,42,4二硝基氟苯二硝基氟苯碘乙酸碘乙酸氨基的化学修饰氨基的化学修饰（赖氨酸）（赖氨酸）酶分子侧链基团的化学修饰酶分子侧链基团的化学修饰第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程丹璜酰氯丹璜酰氯氨基的化学修饰氨基的化学修饰（赖氨酸）（赖氨酸）酶分子侧链基团的化学修饰酶分子侧链基团的化学修饰第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程羧基的化学修饰羧基的化学修饰 （谷氨酸、天冬氨酸）（谷氨酸、天冬氨酸）碳二亚胺碳二亚胺硼氟化三甲烊盐硼氟化三甲烊盐第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程巯基的化学修饰巯基的化学修饰 （半胱氨酸）（半胱氨酸）5,5/-二硫代二硫代 双（双（2-硝基苯甲硝基苯甲酸）酸）4,4/-二硫二吡二硫二吡啶啶对氯汞苯甲酸对氯汞苯甲酸第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程N-乙基乙基 马来酰亚胺马来酰亚胺2-氯汞氯汞-4-硝基苯酚硝基苯酚巯基的化学修饰巯基的化学修饰 （半胱氨酸）（半胱氨酸）第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程组氨酸咪唑基的化学修饰组氨酸咪唑基的化学修饰碘乙酸碘乙酸焦碳酸二乙酯焦碳酸二乙酯酶分子侧链基团的化学修饰酶分子侧链基团的化学修饰第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程精氨酸胍基的化学修饰精氨酸胍基的化学修饰丁二酮丁二酮1,2-环己二酮环己二酮丁二酮丁二酮1,2-环己二酮环己二酮第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程苯乙二醛苯乙二醛精氨酸胍基的化学修饰精氨酸胍基的化学修饰酶分子侧链基团的化学修饰酶分子侧链基团的化学修饰第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程色氨酸吲哚基的化学修饰色氨酸吲哚基的化学修饰2 羟基羟基 5-硝基苄硝基苄溴溴4-硝基苯硫氯硝基苯硫氯第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程酪氨酸残基和脂肪族氨基酸残基羟基的化学修饰酪氨酸残基和脂肪族氨基酸残基羟基的化学修饰N-乙酰咪唑乙酰咪唑酶分子侧链基团的化学修饰酶分子侧链基团的化学修饰第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程丝氨酸残基丝氨酸残基-二异丙基氟磷酸酯二异丙基氟磷酸酯四硝基甲烷四硝基甲烷酪氨酸残基和脂肪族氨基酸残基羟基的化学修饰酪氨酸残基和脂肪族氨基酸残基羟基的化学修饰第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程甲硫氨酸残基的化学修饰甲硫氨酸残基的化学修饰甲硫氨酸亚砜甲硫氨酸亚砜过甲酸过甲酸碘乙酰胺碘乙酰胺第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程采用一些可溶性的大分子物质通过共价键将其连接到酶分子的的采用一些可溶性的大分子物质通过共价键将其连接到酶分子的的表面，使之在酶表面形成覆盖层，从而使酶的性质发生改变，以表面，使之在酶表面形成覆盖层，从而使酶的性质发生改变，以满足人们的需要。满足人们的需要。常用的大分子修饰剂常用的大分子修饰剂：聚乙二醇、右旋糖酐、糖肽、肝素、血清：聚乙二醇、右旋糖酐、糖肽、肝素、血清白蛋白。白蛋白。常见的修饰方法常见的修饰方法：溴化氰法、高碘酸氧化法、戊二醛法、叠氮法、：溴化氰法、高碘酸氧化法、戊二醛法、叠氮法、琥珀酸法、三氯均嗪法。琥珀酸法、三氯均嗪法。酶分子表面的化学修饰酶分子表面的化学修饰第一节第一节 酶分子的化学修饰酶分子的化学修饰第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程聚乙二醇对酶的修饰聚乙二醇对酶的修饰 （单甲氧基聚乙二醇（单甲氧基聚乙二醇MPEG）MPEG均三嗪类衍生物均三嗪类衍生物MPEG1MPEG2第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程聚乙二醇对酶的修饰聚乙二醇对酶的修饰 （单甲氧基聚乙二醇（单甲氧基聚乙二醇MPEG）第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程MPEG氨基类衍生物氨基类衍生物蜂巢型蜂巢型MPEG聚乙二醇对酶的修饰聚乙二醇对酶的修饰 （单甲氧基聚乙二醇（单甲氧基聚乙二醇MPEG）第一节第一节 酶分子的化学修饰酶分子的化学修饰第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程右旋糖酐及右旋糖酐硫酸酯对酶的修饰右旋糖酐及右旋糖酐硫酸酯对酶的修饰右旋糖酐及右旋糖酐硫酸酯分子中多糖链上的羟基经活化后可与右旋糖酐及右旋糖酐硫酸酯分子中多糖链上的羟基经活化后可与酶分子上的氨基结合。酶分子上的氨基结合。（右旋糖酐）（右旋糖酐）第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程羟基活化羟基活化-溴化氰法溴化氰法第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程羟基活化羟基活化-高碘酸氧化法高碘酸氧化法第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程糖肽对酶的修饰糖肽对酶的修饰异氰酸法异氰酸法戊二醛法戊二醛法第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程具有生物活性的大分子对酶的修饰具有生物活性的大分子对酶的修饰肝素是一种含硫酸酯的黏多糖，由氨基葡萄糖和两种糖醛酸组肝素是一种含硫酸酯的黏多糖，由氨基葡萄糖和两种糖醛酸组成，平均分子量成，平均分子量20000左右。左右。肝素增加酶的稳定性，由于肝素在体内还具有抗凝血、抗血栓、肝素增加酶的稳定性，由于肝素在体内还具有抗凝血、抗血栓、降血脂等活性，极适合用来修饰血栓溶解酶而增加其疗效。降血脂等活性，极适合用来修饰血栓溶解酶而增加其疗效。第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程碳二亚胺法碳二亚胺法第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程三氯均嗪法三氯均嗪法第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程蛋白质或其他大分子对酶的修饰蛋白质或其他大分子对酶的修饰修饰剂：人血清白蛋白修饰剂：人血清白蛋白修饰方法：戊二醛法、羰二亚胺法、活化酯法修饰方法：戊二醛法、羰二亚胺法、活化酯法活化酯法活化酯法琥珀酸酐琥珀酸酐第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程影响酶化学修饰的因素影响酶化学修饰的因素反应时间的影响反应时间的影响分子量的影响分子量的影响pH对化学修饰的影响对化学修饰的影响修饰剂与酶的用量之比对修饰效果的影响修饰剂与酶的用量之比对修饰效果的影响温度的影响温度的影响第一节第一节 酶分子的化学修饰酶分子的化学修饰第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程修饰酶的性质修饰酶的性质修饰酶的稳定性得到提高修饰酶的稳定性得到提高-热稳定性、耐蛋白水解酶稳定性。热稳定性、耐蛋白水解酶稳定性。修饰酶的抗原性得到降低修饰酶的抗原性得到降低-PEG和人血清白蛋白效果明显。和人血清白蛋白效果明显。修饰酶的半衰期得到延长修饰酶的半衰期得到延长-保持药用酶的体内疗效保持药用酶的体内疗效修饰酶的最适修饰酶的最适pH变化变化-在生理和临床应用上具有重要意义。在生理和临床应用上具有重要意义。修饰酶的动力学性质修饰酶的动力学性质-Vmax没有变化，有些没有变化，有些Km会增大。会增大。第一节第一节 酶分子的化学修饰酶分子的化学修饰第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程概述概述模拟天然酶（生物酶）的结构、特性、作用原理及其在生物体模拟天然酶（生物酶）的结构、特性、作用原理及其在生物体内的化学反应过程，人工合成的具有分子识别和催化能力的化内的化学反应过程，人工合成的具有分子识别和催化能力的化合物质，称为合物质，称为模拟酶模拟酶天然酶的缺点：天然酶的缺点：很容易受到多种物理、化学及生物影响而失活。很容易受到多种物理、化学及生物影响而失活。第二节第二节 模拟酶模拟酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程目前模拟酶的研究方向：目前模拟酶的研究方向：模拟酶的金属辅基。模拟酶的金属辅基。模拟酶的活性功能基。模拟酶的活性功能基。模拟酶的高分子作用方式。模拟酶的高分子作用方式。模拟酶与底物的作用。模拟酶与底物的作用。模拟酶的性状。模拟酶的性状。第二节第二节 模拟酶模拟酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程酶学基础：酶学基础：Pauling的的稳定过渡态理论稳定过渡态理论酶先结合底物，进而选择性酶先结合底物，进而选择性地让底物稳定处于某一特定地让底物稳定处于某一特定反应的过渡态，降低反应的反应的过渡态，降低反应的活化能，从而加速反应速度。活化能，从而加速反应速度。模拟酶的理论基础：模拟酶的理论基础：第二节第二节 模拟酶模拟酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程超分子化学基础超分子化学基础-Pederson、Cram、Lehn提出：提出：超分子的形成源超分子的形成源于底物和受体的结合，于底物和受体的结合，这种结合基于非共价键这种结合基于非共价键相互作用，如静电作用、相互作用，如静电作用、氢键和范德华力等。氢键和范德华力等。模拟酶的理论基础：模拟酶的理论基础：第二节第二节 模拟酶模拟酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程模拟酶的分类模拟酶的分类主主-客体酶模型，包括环糊精、冠醚、穴醚、杂环大环化合物客体酶模型，包括环糊精、冠醚、穴醚、杂环大环化合物 分子印迹酶分子印迹酶 抗体酶抗体酶胶束酶模型胶束酶模型肽酶肽酶半合成酶。半合成酶。根据模拟酶的属性可分为：根据模拟酶的属性可分为：第二节第二节 模拟酶模拟酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程环糊精环糊精是直链淀粉在芽孢杆菌产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用是直链淀粉在芽孢杆菌产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的一系列环状低聚糖的总称，通常含有下生成的一系列环状低聚糖的总称，通常含有612个个D-吡喃葡吡喃葡萄糖单元。萄糖单元。环糊精中各葡萄糖单元均以环糊精中各葡萄糖单元均以1,4糖苷键结合成环，空间结构呈锥糖苷键结合成环，空间结构呈锥形圆环。环糊精外缘亲水而内腔疏水，因此能像酶一样提供一个形圆环。环糊精外缘亲水而内腔疏水，因此能像酶一样提供一个疏水的结合部位。疏水的结合部位。环糊精模拟酶环糊精模拟酶第二节第二节 模拟酶模拟酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程环糊精环糊精葡萄糖单元的数量不同可分为葡萄糖单元的数量不同可分为(6个个)，(7个个)及及(8个个)环糊精三种环糊精三种，每个葡萄糖残基均呈现无扭曲变形的椅式构象，每个葡萄糖残基均呈现无扭曲变形的椅式构象，葡萄糖单元均以葡萄糖单元均以1,4糖苷键结合成环，糖苷键结合成环，内有空穴，内有空穴，疏水。外缘亲水疏水。外缘亲水第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程环糊精模拟酶所具有的催化作用（活性）：环糊精模拟酶所具有的催化作用（活性）：水解酶活性水解酶活性 核酸酶活性核酸酶活性 转氨酶活性转氨酶活性 桥联欢糊精仿酶桥联欢糊精仿酶氧化和水解酶活性氧化和水解酶活性 环糊精模拟酶环糊精模拟酶第二节第二节 模拟酶模拟酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程大环聚醚按结构可分为：冠醚、穴醚、球醚。大环聚醚按结构可分为：冠醚、穴醚、球醚。冠醚冠醚是指含杂原子是指含杂原子的单环化合物，的单环化合物，穴醚穴醚是指含杂原子的双环化合物，是指含杂原子的双环化合物，球醚球醚是指含有是指含有杂原子的球状大环醚。杂原子的球状大环醚。大环聚醚模拟酶的活性大环聚醚模拟酶的活性：水解酶活性水解酶活性肽合成酶活性肽合成酶活性大环聚醚及其模拟酶大环聚醚及其模拟酶第二节第二节 模拟酶模拟酶Lehn第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程杯芳烃杯芳烃是由苯酚及其衍生物与甲醛缩合而成，分子上缘由苯环是由苯酚及其衍生物与甲醛缩合而成，分子上缘由苯环的对位取代基组成，下缘紧密排列着酚羟基，中间是苯环构成的对位取代基组成，下缘紧密排列着酚羟基，中间是苯环构成的富含的富含电子的疏水空腔，其上缘亲油，下缘亲水，可与中性电子的疏水空腔，其上缘亲油，下缘亲水，可与中性分子和极性离子等多种物质结合。分子和极性离子等多种物质结合。模拟水解酶活性。模拟水解酶活性。杯芳烃及其模拟酶杯芳烃及其模拟酶第二节第二节 模拟酶模拟酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程金属卟啉金属卟啉可以模拟以金属离子为辅基或辅酶的天然酶。卟啉可以模拟以金属离子为辅基或辅酶的天然酶。卟啉是含有四个吡咯分子的大环聚合物，主要骨架是卟吩。金属是含有四个吡咯分子的大环聚合物，主要骨架是卟吩。金属卟啉分子具有以共轭大卟啉分子具有以共轭大电子体系，金属原子价改变为基础电子体系，金属原子价改变为基础的氧化还原性质，因而可作为与分子氧有关的氧化还原酶的的氧化还原性质，因而可作为与分子氧有关的氧化还原酶的模拟酶。模拟酶。金属卟啉及其模拟酶金属卟啉及其模拟酶第二节第二节 模拟酶模拟酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程肽酶肽酶是模拟天然酶的活性部位，人工合成的具有催化活性的是模拟天然酶的活性部位，人工合成的具有催化活性的多肽。多肽。环肽在分子识别方面更具有优势。环肽在分子识别方面更具有优势。肽酶肽酶1977年人工合成的八肽年人工合成的八肽Glu-Phe-Ala-Glu-Glu-Ala-Ser-Phe具有溶菌酶具有溶菌酶(lysozyme)活性，其活力可达到天然酶的活性，其活力可达到天然酶的50%。第二节第二节 模拟酶模拟酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程抗体酶的催化特性抗体酶的催化特性具有催化化学反应能力的单克隆抗体，称为具有催化化学反应能力的单克隆抗体，称为抗体酶抗体酶，又称为催化性抗体。又称为催化性抗体。抗体酶的理论基础及研究背景抗体酶的理论基础及研究背景酶的催化机制：过渡态理论。（酶的催化机制：过渡态理论。（1946，Pauling）免疫诱导产生底物过渡态的抗体，抗体具有催化性能免疫诱导产生底物过渡态的抗体，抗体具有催化性能（1969，Jencks）单克隆抗体技术发展。（单克隆抗体技术发展。（1975，Kohler,Milstein）第一个催化酯水解的抗体酶。（第一个催化酯水解的抗体酶。（1986，Lerner,Schultz）第三节第三节 抗体酶抗体酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程抗体酶的特点抗体酶的特点能催化一些天然酶不能催化的反应能催化一些天然酶不能催化的反应有更高的专一性和稳定性有更高的专一性和稳定性催化作用机制不同。催化作用机制不同。抗体酶和非催化抗体作用的比较抗体酶和非催化抗体作用的比较反应的特异性反应的特异性反应的可逆性反应的可逆性反应的量效关系反应的量效关系反应过程。反应过程。第三节第三节 抗体酶抗体酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程抗体酶的催化作用机制抗体酶的催化作用机制过渡态理论过渡态理论抗体酶的催化反应类型抗体酶的催化反应类型转酰基反应转酰基反应磷酸酯水解反应磷酸酯水解反应磺酸酯闭环反应磺酸酯闭环反应Claisen重排反应重排反应脱羧反应脱羧反应金属螯合反应金属螯合反应第三节第三节 抗体酶抗体酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程抗体酶的制备原则抗体酶的制备原则利用某一反应利用某一反应过渡态的类似物过渡态的类似物作为免疫原，则可诱导得到催化作为免疫原，则可诱导得到催化该反应的抗体酶。过渡态类似物结构稳定，可化学合成。该反应的抗体酶。过渡态类似物结构稳定，可化学合成。目前制备抗体酶的主要步骤目前制备抗体酶的主要步骤：根据催化目的，通过化学反应合：根据催化目的，通过化学反应合成模型化合物（过渡态类似物），并与载体蛋白偶联成人工抗成模型化合物（过渡态类似物），并与载体蛋白偶联成人工抗原，制备具有催化活性的单克隆抗体。原，制备具有催化活性的单克隆抗体。抗原的设计是制备抗体酶的关键抗原的设计是制备抗体酶的关键。策略：策略：利用抗体稳定带电过渡态利用抗体稳定带电过渡态抗体作为熵阱抗体作为熵阱抗体静电互补效应抗体静电互补效应第三节第三节 抗体酶抗体酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程目前制备抗体酶的主要方法目前制备抗体酶的主要方法：根据催化目的，通过化学反应合：根据催化目的，通过化学反应合成模型化合物（过渡态类似物），并与载体蛋白偶联成人工抗成模型化合物（过渡态类似物），并与载体蛋白偶联成人工抗原，制备具有催化活性的单克隆抗体。原，制备具有催化活性的单克隆抗体。拷贝法拷贝法化学诱变法。化学诱变法。蛋白质工程技术。蛋白质工程技术。相似分子诱导法。相似分子诱导法。共价抗原免疫法。共价抗原免疫法。抗体酶的制备方法抗体酶的制备方法第三节第三节 抗体酶抗体酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程利用过渡态类似物制备抗体酶利用过渡态类似物制备抗体酶抗体酶的制备方法抗体酶的制备方法第三节第三节 抗体酶抗体酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程使不可能发生的化学反应称为可能。使不可能发生的化学反应称为可能。使苛刻条件下的化学反应在温和条件下实现。使苛刻条件下的化学反应在温和条件下实现。选择性的催化平行反应中的某一反应。选择性的催化平行反应中的某一反应。制备蛋白质氨基酸序列快速分析的抗体酶。制备蛋白质氨基酸序列快速分析的抗体酶。制备水解病毒蛋白的抗体酶。制备水解病毒蛋白的抗体酶。指导未知酶的寻找。指导未知酶的寻找。为化学反应的机理研究提供依据。为化学反应的机理研究提供依据。抗体酶的应用前景抗体酶的应用前景第三节第三节 抗体酶抗体酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程分子印迹的原理分子印迹的原理以一种分子作为模板，在其周围用聚合物交联，当除去该分子以一种分子作为模板，在其周围用聚合物交联，当除去该分子时，聚合物中间留下与该分子形状相同的空穴，这种空穴就有时，聚合物中间留下与该分子形状相同的空穴，这种空穴就有可能对该分子具有选择性识别结合的能力可能对该分子具有选择性识别结合的能力。该化合物分子叫。该化合物分子叫印迹分子印迹分子，也叫，也叫模板分子模板分子。聚合物称为分子。聚合物称为分子印迹聚合物印迹聚合物。制备对某一化合物分子具有选择性识别结合的聚合物的过程称制备对某一化合物分子具有选择性识别结合的聚合物的过程称为为分子印迹分子印迹（技术）（技术）第四节第四节 印迹酶印迹酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程分子印迹的原理分子印迹的原理第四节第四节 印迹酶印迹酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程选定印迹分子和功能性单体，选定印迹分子和功能性单体，使二者发生互补反应；使二者发生互补反应；在印迹分子在印迹分子功能性单体复功能性单体复合物周围发生交联聚合；合物周围发生交联聚合；用抽提法从聚合物中除掉印用抽提法从聚合物中除掉印迹分子。迹分子。分子印迹技术的一般过程：分子印迹技术的一般过程：第四节第四节 印迹酶印迹酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程分子印迹技术的分类分子印迹技术的分类预组织法预组织法又称共价法。印迹分子先通过共价键与功能性单体结合，聚合又称共价法。印迹分子先通过共价键与功能性单体结合，聚合后再将共价键断裂除去印迹分子。后再将共价键断裂除去印迹分子。功能单体：含有乙烯基的硼酸、醛、胺、酚、醇等。功能单体：含有乙烯基的硼酸、醛、胺、酚、醇等。共价化合物：共价化合物：硼酸酯硼酸酯、亚胺、希夫碱、缩醛酮等。、亚胺、希夫碱、缩醛酮等。特点特点：结合基团定位精确，对印迹分子选择性高；共价键结合结合基团定位精确，对印迹分子选择性高；共价键结合较牢固，对印迹分子的识别和解离较慢。较牢固，对印迹分子的识别和解离较慢。第四节第四节 印迹酶印迹酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程又称非共价法。印迹分子与功能性单体自组织排列，以非共价又称非共价法。印迹分子与功能性单体自组织排列，以非共价键自发形成具有多个作用位点的复合物。键自发形成具有多个作用位点的复合物。功能单体：丙烯酸、丙烯酰胺、含有乙烯基的苯甲酸、苯乙酸、功能单体：丙烯酸、丙烯酰胺、含有乙烯基的苯甲酸、苯乙酸、咪唑和吡啶类化合物。咪唑和吡啶类化合物。甲基丙烯酸甲基丙烯酸特点特点：操作简单易行，印迹分子易除去，分子识别过程更接近：操作简单易行，印迹分子易除去，分子识别过程更接近天然的分子识别系统，可同时采用多种功能单体，增加印迹效天然的分子识别系统，可同时采用多种功能单体，增加印迹效果；功能单体过量，选择性下降。果；功能单体过量，选择性下降。分子印迹技术的分类分子印迹技术的分类自组装法自组装法第四节第四节 印迹酶印迹酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程聚合时，印迹分子与功能基团共价结合。识别时，印迹分聚合时，印迹分子与功能基团共价结合。识别时，印迹分子与功能基团非共价结合。子与功能基团非共价结合。金属离子配位方法金属离子配位方法印迹分子印迹分子-金属离子金属离子-功能单体三维复合物进行交联聚合。功能单体三维复合物进行交联聚合。金属配位作用的强度可通过金属配位作用的强度可通过EDTA简单变换金属离子的种简单变换金属离子的种类实现对印迹分子聚合物亲和能力的灵活调节。类实现对印迹分子聚合物亲和能力的灵活调节。分子印迹技术的分类分子印迹技术的分类自组装和预组织相结合的方法自组装和预组织相结合的方法第四节第四节 印迹酶印迹酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程分子印迹聚合物的制备分子印迹聚合物的制备功能性单体功能性单体：羧酸类化合物（甲基丙烯酸、丙烯酸、乙烯基苯：羧酸类化合物（甲基丙烯酸、丙烯酸、乙烯基苯甲酸）、磺酸及杂环弱碱类（乙烯基吡啶、乙烯基咪唑），最甲酸）、磺酸及杂环弱碱类（乙烯基吡啶、乙烯基咪唑），最常用的体系为聚丙烯酸和聚丙烯酰胺体系。常用的体系为聚丙烯酸和聚丙烯酰胺体系。交联剂交联剂：丙烯酸类交联剂（二亚乙基丙烯酸）：丙烯酸类交联剂（二亚乙基丙烯酸）溶剂溶剂：溶剂极性越大，产生的识别效果越弱（甲苯，二氯甲烷）：溶剂极性越大，产生的识别效果越弱（甲苯，二氯甲烷）低温聚合低温聚合：可提高分子印迹聚合物的分辨力。：可提高分子印迹聚合物的分辨力。分子印迹聚合物形态分子印迹聚合物形态：快、珠、薄膜、表面印迹、固定容器内：快、珠、薄膜、表面印迹、固定容器内就地聚合。就地聚合。第四节第四节 印迹酶印迹酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程分子印迹酶分子印迹酶具有催化能力（作用）的分子印迹聚合物称为具有催化能力（作用）的分子印迹聚合物称为分子印迹酶分子印迹酶。印迹底物及其类似物。印迹底物及其类似物。印迹过渡态类似物。印迹过渡态类似物。表面印迹过渡态类似物。表面印迹过渡态类似物。第四节第四节 印迹酶印迹酶第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程Wulff研究小组充分考虑结合态和定向引入催化基团对催化的作用印迹磷酸单酯印迹磷酸单酯脒基脒基第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程第五章第五章第五章第五章 化学酶工程化学酶工程化学酶工程化学酶工程思考题思考题1 简述酶分子化学修饰的基本原理，及酶化学修饰方法。简述酶分子化学修饰的基本原理，及酶化学修饰方法。2 酶分子被修饰后在性质上有哪些变化？酶分子被修饰后在性质上有哪些变化？3 酶分子的哪些侧链可以被修饰？酶分子的哪些侧链可以被修饰？4 为什么环糊精及其衍生物可以作为模拟酶模型，该模型与大为什么环糊精及其衍生物可以作为模拟酶模型，该模型与大环冠醚模拟酶模型有何区别？环冠醚模拟酶模型有何区别？5 简述抗体酶催化的反应类型有哪些？简述抗体酶催化的反应类型有哪些？6 抗体酶有何特性？抗体酶有何特性？7 简述分子印迹的基本过程。简述分子印迹的基本过程。