[理学]酶工程--第8章-模拟酶01.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第8章 模拟酶 * 酶的模拟 研究和模拟生物体系是开辟新技术的途径之一。 对酶这样的高效催化剂的结构功能的设计和模拟，是当今自然科学领域中的前沿课题之一。 * 简单模拟 模拟酶活性中心 整体模拟 * 模拟酶的基本概念 又称人工合成酶或酶模型，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。 至今没有一个公认的定义。 一般说来，是指根据酶的作用原理，用人工方法合成的具有活性中心和催化作用的非蛋白质结构的化合物。 特点：结构简单、高效、高适应性、高选择性和高稳定性等。 * 一般都要以高分子化合物、高分子聚合物或配位结合了金属的高分子聚合物为母体； 并在适宜的部位引入相应的疏水基，作为一个能容纳底物、适于和底物结合空穴； 同时在合适的位置引入有催化功能的催化基团。 由于模拟酶不含氨基酸，其稳定性与pH稳定性都大大优于天然酶。 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方式与能力； 反应的动力学及各中间物的知识。 * 设计模拟酶应考虑如下因素： 模拟酶应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； 具有足够的水溶性。 * * 8.1 模拟酶的分类 根据Kirby分类法，模拟酶可分为： 单纯酶模型(enzyme-based mimics)； 机理酶模型(mechanism-based mimics)； 单纯合成的酶样化合物(synzyme)。 * 按照模拟酶的属性，模拟酶可分为： 主客体酶模型 胶束酶模型 肽酶 抗体酶 分子印迹酶模型 半合成酶等 * * 一、主客体酶模型 1．环糊精酶模型 环糊精(Cyclodextrin 简称 CD)是由多个D-葡萄糖以α-1,4-糖苷键结合而成的一类环状低聚糖。 * 每个葡萄糖残基均呈现无扭曲变形的椅式构象，整个分子组成类似轮胎的环柱形分子，分子内有空穴，其大小、形状是由组成环的葡萄糖残基数目而定的 环糊精结构示意 根据葡萄糖单元的数量不同可分为α(6个)，β(7个)及γ(8个)环糊精三种。 * 在水解酶、核糖核酸酶、转氨酶、氧化还原酶、碳酸酐酶、硫胺素酶和羟醛缩合酶等方面都取得了很大的进展。 * /nobel_prizes/chemistry/laureates/1987/ /nobel_prizes/chemistry/laureates/1987/press.html * 15—冠—5 18—冠—6 2、合成的主-客体酶模型 冠醚、穴醚、环番、杯芳烃等大环化合物 冠醚 定义：分子中具有-(CH2CH2O)n-重复单元的环状醚，1962年首次合成，形状似皇冠而得名； 命名：x-冠-y，x:环上的原子总数，y:氧原子数。 * 二、胶束模拟酶 有简单的胶束体系、功能化胶束、混合胶束、聚合物胶束等体系。 胶束在水溶液中提供了疏水微环境，可以对底物束缚，类似于酶的结合部位。 如果将催化基团如咪唑、硫醇、羟基和一些辅酶共价或非共价地连接或吸附在胶束上，就有可能提供“活性中心”部位，使胶束成为具有酶活性或部分酶活性的胶束模拟酶。 * 三、 肽酶 (pepzyme) 模拟天然酶活性部位而人工合成的具有催化活性的多肽。 * 四、半合成酶 以天然蛋白或酶为母体，用化学或生物学方法引进适当的活性部位或催化基团，或改变其结构从而形成一种新的“人工酶”。 * 通过选择性修饰氨基酸侧链将一种氨基酸侧链化学转化为另一种新的氨基酸侧链称为化学诱变法。 丝氨酸 半胱氨酸 血红蛋白和白蛋白 细胞色素C 蛋白质结构和催化活性间关系 * 分子印迹酶 * 分子印迹技术(Molecular Imprinting Technique，MIT） 分子印迹： 以一种分子充当模板，其周围用聚合物交联，当模板分子除去后，此聚合物就留下了与此分子相匹配的空穴。 * 分子印迹技术也叫分子模板技术，是制备具有分子识别功能聚合物的一种技术。 1972年，Wulff研究小组首次成功制备出分子印迹聚合物 (molecular printed polymers，简称MIPs。 1993年Mosbach等报道有关茶碱分子印迹聚合物的研究。 * 分子印迹原理 * 分子印迹的步骤： (1)在一定溶剂中， 模板分子(Template Molecule)与功能单体(Functional Monomer)依靠官能团之间的共价或非共价作用形成主