8.模拟酶要点.ppt

§5.2 酶工程进展 —模拟酶 模拟酶的理论基础和策略 模拟酶的分类和制备 印迹酶 模拟酶技术 20世纪中叶，人们就已经认识到研究和模拟生物体系是开辟新技术的途径之一。 20世纪80年代以来，科学家对利用简单的分子模型构建酶的特征深入地进行了研究。 基本概念 模拟酶（enzyme mimics）又称人工合成酶（synzymes），是根据酶的作用机理，利用有机化学方法设计和合成的一些较天然酶更简单的且具有活性中心和催化作用的非蛋白质结构的化合物。以这些分子作为模型来模拟酶对其作用底物的结合和催化过程。 是在分子水平模拟酶活性部位的形状、大小及其微环境等结构特征，以及酶的作用机理和立体化学等特性的一门学科。 一、模拟酶的酶学基础 酶的作用机制：过渡态理论 对简化的人工体系中识别、结合和催化的研究 1.设计前 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 合成有类似酶活性的简单络合物 酶活性中心模拟 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 能为底物提供良好的微环境； 催化基团同底物的功能团尽可能接近； 结构应是确定的，且具有一定的柔韧性或半刚性； 在接近生理条件下保持催化活性。 二、模拟酶的分类和制备 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 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 主-客体酶模型 环糊精酶模型：水解酶、核糖核酸酶，转氨酶 冠醚酶模型：水解酶，肽合成酶 杂环化合物和卟啉类：超氧化物歧化酶 1.环糊精酶模型 环糊精（Cyclodextrin，CD）是由多个D型葡萄糖以1,4-糖苷键聚合成环状。 参与反应的底物分子先被环糊精分子包接，再与其发生反应，与酶促反应十分相似 人们用环糊精模拟了转氨酶、核糖核酸酶、碳酸酐酶等。 由于模拟酶不含氨基酸，其热稳定性与pH稳定性都大大优于天然酶。 水解酶的模拟（1） 天然胰凝乳蛋白酶的活性中心是由组氨酸的咪唑基、天门冬氨酸的羧基和丝氨酸的羟基组成的。 水解酶的模拟（2） 本德等人利用β-环糊精的空穴作为底物的结合部位，以连在环糊精侧链上的羧基、咪唑基及环糊精自身的一个羟基共同构成催化中心 。 转氨酶的模拟 磷酸吡哆醛与磷酸吡哆胺是转氨酶的辅酶，将磷酸吡哆胺连在β环糊精的b-c原子上，可以模拟转氨酶。 结束语 虽然现在模拟酶的催化活性仅有少量能达到天然酶的活性，但是，随着蛋白质结构学和化学技术的发展，一定会有更好的模拟酶替代天然酶应用于工业生产，那时人们就可以用化学的方法随心所欲地构造出各种性能高效的模拟酶，为生产和生活服务。 第三节 印迹酶 1.分子印迹概念：制备对某一特定分子具有选择性的聚合物的过程 3.分子印迹的方法 ①非共价分子印迹 首先是印迹分子与功能单体相混合 然后功能单体与交联剂发生共聚合 最后使印迹分子从聚合物上脱离 非共价分子印迹方法已经用于对下列物质具有选择性的聚合物的制备：染料、 二胺类、维生素、氨基酸衍生物、肽、β—肾上腺素阻断剂、茶碱(1，3—二甲基嘌呤)、核苷酸碱基、安定和萘普生(消痛灵)等。 ②共价分子印迹 印迹分子与功能单体是以共价键相连的。在与交联剂发生共聚合后，用化学方法将印迹分子从这个高度交联的聚合物上除去，这种聚合物的结合是以可逆共价键连接的。 共价印迹已经用在了对下列物质具有选择性的聚合物的制备中：游离糖及其衍生物、甘油酸及其衍生物、氨基酸及其衍生物、芳香酮、转铁蛋白、苦杏仁酸、二醛等。 4.分子印迹的应用范围 分子印迹聚合物可裁剪分离物质的材料，如手性药物的分离，也可以分离大分子物质(生物印迹)。 在酶技术和有机合成中，分子印迹聚合物可作为模拟抗体、模拟酶或具有催化活性的聚合物。 在生物传感器的构建中作为传感器，这种聚合物可作为通常使用的生物材料的替代物。 * * 孙利芹 提 纲 一、模拟酶的概念 模拟酶在结构上必须具有两个特殊部位——底物结合位点和催化位点。 二、模拟酶的理论基础 二、主-客体化学和超分子化学 Cram提出主-客体化学：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；体现为主体和客体在结合部位的空间及电子排列的互补。 Lehn提出超分子化学：该分子的形成源于底物和受体的结合，这种结合基于非共价键相互作用，当接受体与络合离子或