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第九章 几种特殊酶 第一节 模拟酶 一、模拟酶的概念 模拟酶(Enzyme Mimics)：又称人工合成酶(Synzymes)，是一类利用有机化学方法合成的比天然酶简单的非蛋白质分子或蛋白质分子 ，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。 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及作用机制 模拟酶两个特殊部位：底物结合位点和催化位点 构成底物结合位点比较容易，而构建催化位点比较困难 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 设计要点 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的能力 反应的动力学及各中间物的知识 设计要点 设计中： 为底物提供良好的微环境 催化基团必须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、模拟酶的性质 （1）具有一个良好的疏水键合区来和底物发生相互作用； （2）能与底物形成静电或氢键等相互作用，并以适当的方式相互键合； （3）模拟酶的结构对底物键合的方向和立体化学应该具有专一性。 天然酶的模拟工作主要从下面三个层次进行： （1）合成有类似酶活性的简单配合物； （2）酶活性中心模拟，即在天然或人工合成的化合物中引入某些活性基团，使其具有酶的催化能力； （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。 三、几种模拟酶的类型 1．环糊精模拟酶 环糊精(cyclodextrin, CD)是直链淀粉在由芽抱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。 环糊精（CD）中每个葡萄糖残基6-位的伯羟基和2,3 - 位的仲羟基都位于穴洞外面上下边缘，所以上下两侧分别具有亲水性或极性。洞穴内壁为氢原子和糖苷键氧原子，具有疏水性或非极性。 CD分子的特殊结构使其能识别捕捉一般大小的底物分子，模拟酶的识别作用。 把类似于酶活性基团的小分子修饰到环糊精上，可以模拟酶对有机化合物的催化水解、转氨基以及氧化还原作用等等。 目前为止，以环糊精为基本结构的环糊精模拟模型已成功对水解酶、核酸酶、转氨酶、氧化还原酶进行了模拟。 例如：在CD侧链连上羧基、咪唑基以及其自身的羟基成功模拟胰凝乳蛋白酶 核糖核酸酶模拟酶 2．大环聚醚及其模拟酶 这类模拟酶含有一个能够配合各种离子和分子的完全闭环或者是钳型的空穴，可以对底物进行包结。 3．膜体系及其模拟酶 膜体系是由多个分子共同构成对底物有结合作用的空穴。 胶束由表面活性物质组成，其分子通常包含亲油基和亲水基两部分，亲油基是含8个碳原子以上的碳链，亲水基是带电基团或极性基团。水中的表面活性物质聚集就形成胶束。胶束在水溶液中提供了疏水微环境，类似于酶的结合位点，将催化基团和一些辅因子连接在胶束上，提供了类似酶活性中心的催化部位，使胶束成为具有酶活力的模拟酶。 胶束酶模型包括引入组氨酸的咪唑基模拟水解酶的胶束酶模型、以及金属配合物与表面活性剂共同形成的金属胶束酶模型、逆向胶束模拟酶等。 胶束酶模型 例：N-十四酰基组氨酸所形成的胶束催化对硝基苯酚乙酸酯水解，催化效率比不能形成胶束的N-乙酰基组氨酸高3300倍。 4．聚合物及其模拟酶 某些聚合物由于结构的特殊性，其内部可形成对底物结合的微环境。 例如：多分枝聚亚乙基亚胺（PEI）的分子有多个支链，支链在立体空间相互交错，可以在局部形成多个疏水微环境作为底物的结合部位，带有十二烷基和乙基侧链的PEI可以催化脱羧反应。 5．金属卟啉及其模拟酶 金属卟啉可以模拟以金属离子为辅酶或辅因子的天然酶。 例如：钌卟啉可以模拟SOD酶和过氧化氢酶 6．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多肽。 1977年人工合成的八肽Glu-Phe-Ala-Glu-Glu-Ala-Ser-Phe，具有溶菌酶的活性，其活力达到天然酶的50％。 第一个合成的能结合离子的环肽，模拟缬氨霉素结构，有两个二硫键。环肽即具有氢键供体具有氢键受体，所以具有同时识别阴离子和阳离子能力。 第二节 核酶 核酶（ribozyme）：具有催化活性的RNA分子称为核酶，也称RNA催化剂。 核酶的发现使人们对“酶”的认识从蛋白质领域延伸到核酸领域，是一个重要的里程碑。 核酶可以通过碱基配对特异性地与相应的RNA底物结合，在特定的位点切割底物RNA分子，是一类很有希望的基因功能阻断剂，被形象地称为“分子剪刀”。 核酶的种类： 大分子核酶：I型内含子、II型内含子、RNA酶P的RNA亚基 小分子核酶：锤头状核酶、发夹状核酶及丁型肝炎病毒核酶 催化分子内反应（incis）的ribozyme(自我剪接型和