《模拟酶核酶极端酶》PPT课件

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1、第十一章模拟酶核酶极端酶11.1模拟酶11.1.1模拟酶的概念模拟酶又称人工酶或酶模型，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，以及酶的作用机制和立体化学的一门学科，是从分子水平上模拟生物功能的一门边缘学科。模拟酶是20世纪60年代发展起来的一个新的研究领域，是仿生高分子的一个重要的内容。用合成高分子来模拟酶的结构、特性、作用原理以及酶在生物体内的化学反应过程。酶是一类有催化活性的蛋白质，它具有催化效率高、专一性强、反应条件温和等特点。酶容易受到多种物理、化学因素的影响而失活，所以不能用酶广泛取代工业催化剂。研究模拟酶主要是为了解决酶的以上缺点。模拟酶的酶学基础酶

2、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11.1.2.模拟酶理论基础超分子化学主-客体化学：主体和客体在结合部位的空间及电子排列的互补超分子：该分子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分子结合形成稳定的，具有稳定结构和性质的实体，形成超分子功能：分子识别、催化、选择性输出11.1.3．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方式的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11.

3、1.4模拟酶的分类和制备根据Kirby分类法单纯酶模型：利用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主-客体模型1.环糊精模拟酶----水解酶的模拟环糊精的分子结构水解酶模型研究热点环糊精（CD）分子原来：在CD的两面引入催化基团，通过柔性或刚性加冕引入疏水基团，改善CD的疏水结合和催化功能现在：桥联环糊精和聚合环糊精，可得到双重或多重疏水结合作用和多重识别作用2.

4、冠醚化合物的模拟酶冠醚水解酶模拟物胶束模拟酶单分子胶束酶模型胶束酶模型目前模拟酶的研究主要有以下几方面：1.模拟酶的金属辅基:有一类复合酶,除蛋白质外,还有含金属的有机小分子物质或简单的金属，叫做辅酶或辅基。辅基在催化反应中起着重要的作用。有一些研究工作就是模拟酶分子中的金属辅基。例如，模拟过氧化氢酶分子中的铁卟啉辅基，合成了分解过氧化氢的酶模型──三亚乙基四胺与三价铁离子的络合物。这个模型在pH9.5和25℃的条件下，其催化速率是血红蛋白或正铁血红素在同样条件下的一万倍。化学模拟生物固氮同样是模拟固氮酶的金属辅基。2.模拟酶的活性功能基酶分子中直接与酶催化反应有关的活性中心，通常是由

5、几个活性功能基组成。例如牛胰核糖核酸酶的催化中心是肽链序列中第12位和第119位的两个组氨酸。C.G.奥弗贝格等根据胰凝乳蛋白酶的催化中心与丝氨酸的羟基、组氨酸的咪唑基和天冬氨酸的羧基有关的事实，用乙烯基苯酚与乙烯基咪唑进行共聚合，制得带有羟基和咪唑基的-胰凝乳蛋白酶模型,用这个模型聚合物作为3-乙酰氧基－N－三甲基碘化苯胺,水解的催化剂，当pH为9.1时,其活性比单一的乙烯基咪唑高63倍。3.模拟酶与底物的作用酶分子具有一定的空间构型，它与被催化的底物的作用在构型上有较严格的匹配关系，体现了酶的专一性。为了模拟酶的结合功能，近年来人们合成了许多冠醚化合物来模拟酶。随着冠醚空穴尺寸的不

6、同，其对底物的选择性也不一样。4.模拟酶的性状　在水溶液中，酶形成巨大的分子缔合体（胶束），构成同一分子内的疏水和亲水微环境。模拟酶的这种微环境中的化学反应的特殊性质，也是模拟酶的一个重要方面。有人利用组氨酸的衍生物十四酰组氨酸与十六酰烷基－三甲基溴化铵组成两种分子的混合微胶束，来催化乙酸对硝基苯酯的水解，其速率比组氨酸增加了100倍。5.模拟酶的高分子作用方式酶是一类由氨基酸组成，以多肽链为骨架的生物大分子。人们利用高分子化合物作为模型化合物的骨架，引入活性功能基来模拟酶的高分子作用方式。例如，用分子量为40000～60000的聚亚乙基亚胺作为模型化合物的骨架，引入10％摩尔的十二烷

7、基和15％摩尔的咪唑基，合成一个硫酸酯酶模型.用这个模型聚合物催化苯酚硫酸酯类化合物的水解，其活性比天然的Ⅱ型芳基硫酸酯酶高100倍。抗体酶概念抗体酶产生的理论基础抗体酶的制备方法抗体酶的应用11.2抗体酶（Abzyme)抗体由抗原诱导产生的，在结构上与抗原高度互补并与抗原具有特异结合功能的免疫球蛋白。抗体的最显著的特征是多样性和专一性抗体中的每条链中有恒定区和可变区。相同点：都是蛋白质，都有特异性。不同点：1）酶与抗体的差别：酶是能与反应过渡