第六人工模拟酶.ppt

所谓模拟酶就是利用有机化学的方法合成一些比酶简单的非蛋白质分子，可以模拟酶对底物的络合和催化过程，既可达到酶催化的高效性，又可以克服酶的不稳定性。 模拟酶是在分子水平上模拟酶活性部位的形状、大小及其微环境等结构特征、酶作用的机理和立体化学等特征的一门科学。 分子水平上模拟生物功能的一门边缘科学。 人工酶是指人工合成的蛋白质或多肽类的非天然催化剂。 1977年，报道合成氨基酸序列 Glu-Phe-Ala-Glu-Glu-Ala-Ser-Phe 多肽具有溶菌酶的活性，活力为天然酶的50%。 1990年，用计算机模拟胰凝乳蛋白酶的活性位点，以酪氨酸为模板，构建出73个氨基酸组成的多肽，活性位点由His\Asp\Ser组成。 对烷基酯底物的活力为天然凝乳酶的1%，显示出底物特异性和对抑制剂的敏感性。 酶的模拟工作可分为3个层次： (1)合成有类似酶活性的简单络合物； (2)酶活性中心模拟； (3)整体模拟，即包括微环境在内的整个酶活性部位的化学模拟。 目前模拟酶的工作主要集中在第二层次。 E.G. 可以通过对某些天然或人工合成的化合物引入某些活性基团，使其具有酶的行为。 构建模拟酶的酶模型分子：环糊精、穴醚、卟林等。 设计要点 设计前：了解酶的结构和酶学性质 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与能力 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、 模拟酶的分类和制备 1.根据Kirby分类法 单纯酶模型：化学方法通过天然酶活性的模拟来重建和改造酶活性。 机理酶模型：通过对酶作用机制诸如识别、结合和过渡态稳定化的认识，来指导酶模型的设计和合成。 单纯合成的酶样化合物：化学合成的具有酶样催化活性的简单分子。 2.按照模拟酶的属性 主-客体酶模型、胶束酶模型、肽酶、抗体酶、分子印迹酶模型、半合成酶 胶束酶模型 Cyclodextrin 模型 第二节 分子印迹技术 人们研究分子印迹技术的出发点之一是想从合成的聚合物出发，构建人工酶模型。 为了产生酶的活性中心模型，需要有一种方法，它能产生和底物相应的形状，特别是被催化的反应过渡互补的空穴。 这种技术能诱导功能基团以预先排列方式的进入空穴。 分子印迹技术内容 选定印迹分子和功能单体，使二者发生互补反应 在印迹分子-单体复合物周围发生聚合反应 用抽提法从聚合物中除掉印迹分子 分子印迹技术可以产生与底物特异性结合部位，并将催化官能团以确定的排列引入结合部位，从而制备出催化活性聚合物。 2、1972年Wulff G研究小组首次成功制备出分子印迹聚合物（molecular inprinted polymers，MIPs）使这方面的研究产生了突破性进展。 研究主要集中在共价型模板聚合物上，动力学过程较慢，其应用仅限于催化领域，而在分子识别领域的应用没有展开。 二、分子印迹技术的原理与特点 分子印迹技术的原理 当模板分子（印迹分子）与带有官能团的单体分子接触时，会尽可能同单体官能团形成多重作用点，待聚合后，这种作用就会被固定下来，当模板分子被除去后，聚合物中就形成了与模板分子在空间上互补的具有多重作用位点的结合部位，这样的结合部位对模板分子可产生相互作用，因而对以此模板分子具有特异的结合能力。 分子印迹：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。 生物印迹类似于分子印迹，主体分子为生物分子。生物分子构象的柔性在无水有机相中被取消了，其构象被固定了，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无水有机相中才能得以保持。 生物印迹（bioprinting）是以天然生物材料如蛋白质、糖为骨架，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。 蛋白质分子有丰富的氨基酸残基，它们与印迹分子能产生很好的识别作用，可用于制备生物印迹酶。 分子印迹聚合物原理图 （2）自组装方式： 印迹分子与功能单体之间预先自组织排列，以非共价键如氢键作用、静电作用、π-π作用、疏水作用、金属-配体作用、电荷转移、范德华力等超分子作用形成多点相互作用，聚合后这种作用保存下来。 非共价键法是制备分子印迹聚合物最有效且最常用的方法。由于非共价键法使用超分子作用制备仿生模型，其分子识别机理类似于天然生物分子，因此是分子印迹技术的研究热点，发展很快。 特点：非共价法的分子印迹系统具有多样性和普遍性, 可使用多种功能单体,印迹分子可以用很简单的方法除去,但专一性不如共价结合作用.