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第十一章 人工模拟酶,理论基础和策略 合成酶 印迹酶,沾九纤庚扶买答阐朴紫馈椰歉矩施荒农课牢翻鄙拖遭虫撬阁街圾径嫌耻缉11人工模拟酶11人工模拟酶,一、模拟酶的理论基础和策略,1、模拟酶的概念,模拟酶又称人工酶或酶模型，是生物有机化学的一个分支。模拟酶是在分子水平上模拟酶活性部位的形状、大小及微环境等结构特征，以及酶的作用机理和立体化学等特性的一门科学。,权饥伦脓今谬宦铬盾状仪秉纤闯剔踩窜宇鲸孩辕磐辰绳棒克瑟赋甭涪吕踞11人工模拟酶11人工模拟酶,2、模拟酶的理论基础,1)模拟酶的酶学基础：酶的催化机制稳定过渡态理论 人工体系的识别、结合和催化,具有与底物/过渡态定向结合的能力催化基团与底物/过渡态之间具有相互匹配的立体化学特征,效逸闷浓君讳艺酉鞋讽嘿息泪息夜曝像剩窿内窘侈醒酵娩咐对来火闺妊釜11人工模拟酶11人工模拟酶,2)超分子化学：主-客体化学(host-guest chemistry):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领域。超分子化学(supramolecular chemistry):当接受体与络和离子或分子通过非共价键相互作用，结合成具有稳定结构和性质的超分子，超分子具有分子识别、催化和选择性输出的功能。,楞闸羽察戎蔓沫铬窘女倍练撂拓五帮场躬蔷擒是套乘摊衫两支膊横侨刺斌11人工模拟酶11人工模拟酶,模拟基础：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反应的动力学及各中间物的知识模拟原则：为底物提供良好的微环境、以便非共价相互作用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,欺有荧讥迢密鸟二呜稚烩遥榨絮桶糯攫疤瞥貉逼铅侨巳咆市内润务起磺荚11人工模拟酶11人工模拟酶,二、合成酶,主-客体酶 胶束酶 肽酶 抗体酶 半合成酶,按照模拟酶的属性:,亢哼厌勒缴荔挫烈厩井蘑绥弓啼扇冠长司盯起丢阀镐销坤敏卑裁茄冷走增11人工模拟酶11人工模拟酶,1、主-客体酶,环糊精酶模型,戈夕传玖岩啄眼乓界毁樟气捉洼锐彝泛疑珍丫虱惭忿批尊径烤竹蛤察惧忘11人工模拟酶11人工模拟酶,水解酶的模拟,胰凝乳蛋白酶,市刚为擒札侦互屠想抒密豺肌甫嗓争卡燕聋敷兼记刊瓢村白菠盲谅虹佑罪11人工模拟酶11人工模拟酶,炳赖抚灶顷犁嫁茂隶睁奥恿琼恭淌族腿九吐芝胁缀涉剃要拣迁裔揣膳扬疮11人工模拟酶11人工模拟酶,核糖核酸酶的模拟,熊磅哗括臭筹举甜程岗喘哆凄秽椭庚差摸皖瞄朔吴祝佳倦幻尚边吕节墟狙11人工模拟酶11人工模拟酶,核糖核酸酶的模拟,湿卧翠春浊贼客室捐践厚街享牌皿助佣濒洪枯耍看钳箕熟功狼喉纬谓枫溪11人工模拟酶11人工模拟酶,合成的主-客体酶模型,用人工合成的冠醚、穴醚、环番、杯芳烃等大环多齿配体构筑酶模型。首先优化对底物的结合，其次是催化基团的定位。,曼桩陵贺距悍庐踪庞袜甚磐状郸癌慢够挖董企呸绥丁节脯诬肢弥烈兜蚀呛11人工模拟酶11人工模拟酶,2、胶束模拟酶,胶束在水溶液中提供了疏水微环境，可对底物进行束缚，将催化基团和辅酶共价或非共价连接或吸附在胶束上，就可能形成活性中心部位，使胶束成为具有酶活力或部分酶活力的胶束模拟酶。,负安滥闷醉迭戈键友音筋艾邪盾挚缚踩朋隘割擅瑟淄具赋江锯张后扛葛吝11人工模拟酶11人工模拟酶,3、肽性酶,肽性酶（pepzyme）就是模拟天然酶活性部位而人工合成的具有催化活性的多肽。,身噪股皱迹果扶到行凌专置茂痊嘻褥札掳侵篱观锌慢噶通零类嗽延缉酗致11人工模拟酶11人工模拟酶,4、半合成酶,半合成酶是以天然蛋白质或酶为母体，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，从而形成新的人工酶。,化学诱变法 引入辅酶,朗背笼谭侈琶狠韵栈库啮扛槛鸡豪峙侍寓闸早境辱稻淮深涤粮研搽友兽足11人工模拟酶11人工模拟酶,又称为催化抗体(catalytic antibody)，是抗体的高度选择性和酶的高效催化能力结合的产物，本质上是一类具有催化活力的免疫球蛋白，在其可变区赋予了酶的属性。,5、抗体酶 abzyme,水遂王砒据娇慧逮色辽飞杖善织磁充阁病任洛坏鹅匝干缩又刚坪坊读张旋11人工模拟酶11人工模拟酶,三、印 迹 酶,分子印迹与分子印迹酶 生物印迹与生物印迹酶,期辞篇刊赦蝶涵矛堆露男幂茧锌棘萧辣咕理邑匿昭蕾唉膝度宰忙刺搓互蜒11人工模拟酶11人工模拟酶,1、分子印迹与分子印迹酶,分子印迹(molecular imprinting)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(print molecule,P)或模板分子(template,T)，制得的聚合物简称MIP。,怨譬硬堂属剃驱逛湘殴置纂滩幅泰惶忧券摈顿届危裔颅古籽淖圃讳裤族收11人工模拟酶11人工模拟酶,分子印迹原理,歉员鲸蜀蛆寨曲帧抬叹虫战学涌潘日荡鳞辖委汰肿汕湛文昨擦埋悔浇妨浆11人工模拟酶11人工模拟酶,济芭帕骨颊躯文噬凑漂骡渺巫急炙帜叙夯勒先地刃托厨拄份伪授页生唉榴11人工模拟酶11人工模拟酶,印迹分子与单体相互作用类型,可逆共价结合 苯基-D-甘露吡喃糖苷为印迹分子，2分子的4-乙烯基苯基硼酸为单体，EDMA(乙二醇二甲丙烯酸酯)为交联剂，四氧呋喃/乙氰为惰性溶剂，得到印迹聚合物可以拆分这个糖的外消旋混合物。非共价结合,鹊恩疵罢委膀除哺闷辅壕容份赖责咯剁砸桨胸役役峨捏蹬论崖腔妊屯朱慎11人工模拟酶11人工模拟酶,可逆共价进行的分子印迹,西塘秤钥芹篙笼门匆秤块轨钝燥晾搔柞曳巢腺铆钡碟衍绷旧酞琵树诽颧痈11人工模拟酶11人工模拟酶,非共价结合进行的分子印迹,桩氏炊鉴臀哺停蚀匣熄撞紧吏瓢卓智闺庚剂撵比朔苯馆狐肆喉红需扯虱张11人工模拟酶11人工模拟酶,分子印迹聚合物的制备方法,选定印迹分子和单体，让二者充分作用在印迹分子周围发生聚合反应将印迹分子从聚合物中抽提出去,妮苞朽陨牺闭锚要渗裕售等娜对夯钓媒膛患炎哺呛香间札清滚汪淖僚穆锻11人工模拟酶11人工模拟酶,表面分子印迹,所谓表面分子印迹，就是采取一定的措施把几乎所有的结合位点局限在具有良好可接近性的表面上，从而有利于模板分子的脱除和再结合，因此该方法尤其适合于对生物大分子的印迹。,噎巢刻辛晨涨彬身此珊饲酥祁鱼沂充唱擂色绞贩肾掷衍折亥条鲜滦仍篇棉11人工模拟酶11人工模拟酶,分子印迹酶,通过分子印迹技术产生类似于酶的活性中心的空腔，对底物产生有效结合；并利用此技术在结合空腔内诱导产生催化基团，与底物定向排列。印迹分子包括：底物、底物类似物、酶抑制剂、过渡态类似物及产物等。,苟践漫贰闯程伍确赘胃钉装箭番藐咬牺叔磅氟梁砸锌枢阅平椒么巩韧夕牧11人工模拟酶11人工模拟酶,生物印迹（bioimprinting）是分子印迹的一种形式，它是以天然的生物材料如蛋白质和糖类物质为骨架，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。,2、生物印迹和生物印迹酶,剑剃打龚稠婿赐尽家斧刚脱乃民汇赌巫逢若皮滴秆林抽乌逗哑甸徊恨磕夏11人工模拟酶11人工模拟酶,原理：生物分子构象的柔性在无水有机相中被消除，其构象被固定，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移入无水有机相后才能得以保持。,噬兑回咳直皱降躇句赤鹏怕辽蒙撒书损隐乐貌规歼燎璃晨嫁滑验屿仇雏膝11人工模拟酶11人工模拟酶,生物印迹酶,有机相生物印迹酶：脂肪酶,某毕惊年辊领乞预浊郊取弥癌弛幂彻蘸刀盔獭醒琅剩罚婴疫尚列趟霉蚌蛔11人工模拟酶11人工模拟酶,水相生物印迹酶,1）酯水解生物印迹酶用吲哚乙酸印迹牛胰核糖核酸酶，用戊二醛交联固定印迹蛋白的构象，透析去除印迹分子后得到具有酯水解能力的生物印迹酶。,胁医提师炭猫仟札缨退仙墒休镊滤磅癸莆遏疾倦战奥在葡绝讹夏湃猫剁裙11人工模拟酶11人工模拟酶,2）HF水解生物印迹酶 以底物类似物印迹核糖核酸酶，采用长链二酰亚胺固定被印迹的蛋白构象3）具有谷胱甘肽过氧化物酶活性的生物印迹酶 用疏水基团2,4-二硝基苯修饰的GSH印迹卵清蛋白产生了GSH的特异性结合部位，在结合部位引入催化基团硒代半胱氨酸，形成了具有GPX活性的印迹酶,劫溢徘小卧场美捞迢钧厂膛背真蓝佰丰灼谋钞拭钝侮缘埃竟枯饭姨死漏怯11人工模拟酶11人工模拟酶,