11人工模拟酶 酶工程与蛋白质工程 教学课件
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2020/9/17
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。
2020/9/17
2、生物印迹和生物印迹酶
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。
2020/9/17
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
2020/9/17
2020/9/17
三、印 迹 酶
分子印迹与分子印迹酶 生物印迹与生物印迹酶
2020/9/17
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。
2020/9/17
1、主-客体酶
环糊精酶模型
2020/9/17
水解酶的模拟
2020/9/17
胰凝乳蛋白酶
2020/9/17
核糖核酸酶的模拟
2020/9/17
核糖核酸酶的模拟
2020/9/17
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。
2020/9/17
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。
2020/9/17
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。
2020/9/17
分子印迹原理
2020/9/17
2020/9/17
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
印迹分子与单体相互作用类型
▪ 可逆共价结合
苯基-α-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。
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
催化基团的定向引入 具有与底物定向结合的能力 催化基团与底物之间具有相互匹配的立体化学特征
2020/9/17
二、合成酶
按照模拟酶的属性:
• 主-客体酶 • 胶束酶 • 肽酶 • 抗体酶 • 分子印迹酶 • 半合成酶
2020/9/17
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
2020/9/17
5、抗体酶 abzyme
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。
▪ 非共价结合
2020/9/17
2020/9/17
可逆共价进行的分子印迹
2020/9/17
非共价结合进行的分子印迹
分子印迹聚合物的制备方法
1) 选定印迹分子和单体，让二者充 分作用
2) 在印迹分子周围发生聚合反应 3) 将印迹分子从聚合物中抽提出去
2020/9/17
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。
第十一章 人工模拟酶
理论基础和策略 合成酶 印迹酶
2020/9/17
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。
2020/9/17
2020/9/17
原理：
生物分子构象的柔性在无水有机相 中被取消，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。
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生物印迹酶
有机相生物印迹酶：脂肪酶
2020/9/17
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。
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。
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2、生物印迹和生物印迹酶
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。
2020/9/17
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
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三、印 迹 酶
分子印迹与分子印迹酶 生物印迹与生物印迹酶
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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。
2020/9/17
1、主-客体酶
环糊精酶模型
2020/9/17
水解酶的模拟
2020/9/17
胰凝乳蛋白酶
2020/9/17
核糖核酸酶的模拟
2020/9/17
核糖核酸酶的模拟
2020/9/17
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。
2020/9/17
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。
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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。
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分子印迹原理
2020/9/17
2020/9/17
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
印迹分子与单体相互作用类型
▪ 可逆共价结合
苯基-α-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。
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
催化基团的定向引入 具有与底物定向结合的能力 催化基团与底物之间具有相互匹配的立体化学特征
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二、合成酶
按照模拟酶的属性:
• 主-客体酶 • 胶束酶 • 肽酶 • 抗体酶 • 分子印迹酶 • 半合成酶
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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
2020/9/17
5、抗体酶 abzyme
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。
▪ 非共价结合
2020/9/17
2020/9/17
可逆共价进行的分子印迹
2020/9/17
非共价结合进行的分子印迹
分子印迹聚合物的制备方法
1) 选定印迹分子和单体，让二者充 分作用
2) 在印迹分子周围发生聚合反应 3) 将印迹分子从聚合物中抽提出去
2020/9/17
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。
第十一章 人工模拟酶
理论基础和策略 合成酶 印迹酶
2020/9/17
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。
2020/9/17
2020/9/17
原理：
生物分子构象的柔性在无水有机相 中被取消，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。
2020/9/17
生物印迹酶
有机相生物印迹酶：脂肪酶
2020/9/17
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。