人工酶

人工酶的分类
按照人工酶的合成机制分：
单纯酶模型（enzyme-based mimics): 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（mechanism-based mimics): 通过对酶
作用机制（如识别、结合和过渡态稳定化）的认识，来 指导酶模型的设计与合成
单纯合成的酶样化合物(synzyme): 一些化学合成的，
抗体结合位置或附近引入具有催化功能的基因。
抗体酶的应用前景
1.抗体酶在帮助戒毒方面的应用
Landry等用可卡因水解的过渡态类似物-磷酸单
酯为半抗原，产生的单克隆抗体能催化可卡因的 分解，其催化活性和血液中催化可卡因的丁酰胆 碱酯酶差不多，水解后的可卡因片断失去可卡因 刺激功能。
因此，用人工抗体酶的被动免疫也许能阻断可卡
印记底物及其类似物
印记过渡态类似物
分子印记酶制备中注意的问题：
•交联剂的选择及交联度的控制
分子印记酶制备中注意的问题
功能单体和模板的相互作用
模板分子的选择:底物类似物；过渡态类似物或产物
类似物等。
溶剂的选择：作为反应介质，同时也是致孔剂，在
聚合时控制着非共价键结合的程度。
单体的选择
Under B: 只生成I
胶束酶模型
模拟酶近年来的研究热点
胶束体系形成，胶束的功能化，胶束表面提供与底物的结合位 点，同时利用吸附或共价在胶束上连接催化基团（咪唑、羟基 等）
肽酶模型：模拟天然酶活性部位而人工合成的具有
催化活性Байду номын сангаас多肽。
罗贵民： 根据SOD活性部位的结构，设计合成了一个十六肽，其二级结构与 天然SOD类似，加入铜离子后显示了SOD的酶活性。
因上瘾，达到戒毒目的 。
抗体酶的应用前景
2.抗体酶用于肿瘤治疗
抗体介导前药治疗（ADEPT）技术：即将能水解前
药，释放出肿瘤细胞毒剂的酶和肿瘤专一性抗体相偶联，这 样酶就会通过和肿瘤结合的抗体而存在于细胞的表面。
前药 ( prodrug)是指由具有生物活性的药物经化学修饰后
转变为体外无活性的化合物。这种化合物在体内经酶或非酶
基团相连。
诱导法制备抗体酶
利用过渡态类似物制备抗体酶示意图
抗体酶用于有机酯的水解，过渡态类似物磷
酸盐和磷酸酯作为免疫原诱导产生的单克隆 抗体催化水解反应比未催化反应快104倍。
酯酶催化反应的过渡态类似物设计(方框内为半抗原)
拷贝法
用酶作为抗原免疫动物得到抗酶的抗体，再将此抗体免
疫动物并进行单克隆化，获得单克隆的抗抗体。
为相应的羧酸二酯的过渡态类似物。
诱导产生的抗体酶使水解反应速度加快12000倍。
抗体酶的催化反应类型
转酰基反应 水解反应 Claisen重排反应 酰胺合成反应 Diels-Alder反应 转酯反应 光诱导反应 氧化还原反应 脱羧反应 顺反异构化反应
抗体酶的制备
作用，脱去保护基，释放出母体药物而发挥治疗作用。
• 静脉给药后，当药物扩散至肿瘤细胞的表面或附 近，抗体酶就会将前药迅速水解释放出抗肿瘤药 物，从而提高肿瘤细胞局部药物浓度，增强对肿 瘤的杀伤力，达到提高肿瘤化疗效果的目的。 • 当然前药只能被抗体酶水解而不能被内源性酶水 解，抗体还要尽量减少免疫原性 。
抗体酶（Abzyme)
抗体酶设想
1969年Jencks根据抗体结合抗原的高度特异性，与天然酶
结合底物的高度专一性相类似的特性，在过渡态理论的基 础上首先提出设想：能与化学反应中过渡态结合的抗体， 可能具有酶的活性，催化反应的进行。
1986年Lerner和Schultz证实了这一设想。 1986年Schultz以对硝基苯酚磷酸胆碱酯（PNPPC）作
诱导法是利用反应过渡态类似物为半抗原制作单
克隆抗体，筛选出具高催化活性的单抗即抗体酶。
拷贝法主要根据抗体生成过程中抗原-抗体互补性
来设计的，通过酶-抗体-抗体酶的途径来实现。
引入法则借助基因工程和蛋白质工程将催化基因
引入到特异抗体的抗原结合位点上，使其获得催化 功能。
化学修饰法对抗体进行化学修饰，使抗体与催化
具有酶样催化活性的简单分子。
人工酶的分类
按照人工酶的属性分：
主-客体酶模型；环糊精，冠醚，杂环大环化合物 胶束酶模型 肽酶 半合成酶 分子印记酶 抗体酶
核糖核酸酶的模拟
I
II
在碱性条件下： I and II Under A: 只生成II
Breslow 首次设计完成， 水解环状磷酸二酯
半合成酶：
用化学或生物学方法，以天然酶为母
体，引入适当的活性部位或催化基团。
枯草杆菌蛋白酶活性中心的天冬氨酸，组氨酸和221位丝氨酸构成“催化
三联体”。
提高221位丝氨酸羟基的亲核性可提高催化活力。 221位丝氨酸羟基的选择性修饰，在酶活性部位中引入不同官能团，产生
新的活力。
羟基硫代后，硒代后，酶表现出转氨酶的活性，含硒谷胱甘肽过氧化物酶
第五章 人工酶
模拟酶或模型酶，生物有机化学的分支。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，以及酶的作用机理，用化学 合成方法制成的高效、高选择性、结构较简单、稳定性较高的新型催 化剂，也称酶的合成类似物。
人工酶的理论基础
主-客体化学（host-guest chemistry): Cram 把主体与客体通过配位键或其他 次级键形成的稳定复合物的化学领域。 来源于酶与底物的相互作用，体现为主 体与客体在结合部位的空间及电子排布 的互补，与酶与底物的结合情况类似。 超分子化学（supramolecular chemistry): Lehn提出， 研究两种以 上的化学物质通过分子间弱相互作用缔 结而成为具有特定结构和功能的超分子 体系的科学。
活性。
印记酶
印记酶
印记酶
分子印迹酶：通过分子印迹技术可以产生类似于
酶的活性中心的空腔，对底物产生有效的结合作用， 更重要的是利用此技术可以在结合部位的空腔内诱 导产生催化基团，并与底物定向排列。
生物印记酶：主体分子是生物分子（蛋白质或糖
类）而不是聚合物，在其上进行印记而产生对印记 分子具有特异性识别空腔的过程。这样的人工酶称 为生物印记酶。
对抗抗体进行筛选，获得具有原来酶活性的抗体酶。
引入法
用基因工程方法改造和制备全新的抗体酶是一种很有前途和
发展潜力的抗体酶制备方法。
将催化基因引入到特异抗体的抗原结合位点上，也可以针对
性地改变抗体结合区的某些氨基酸序列，以获得高效的抗体 酶。
化学修饰法
对抗体酶进行结构修饰的关键是找到一种温和的方法在
生物印记酶
生物印记酶：是一种通过酶与配体间的相互作用、诱导，从而改变酶的
构象的方法，其原理是利用酶在水溶液中的柔性，加入手性竞争性抑制剂， 然后将这种酶一抑制剂复合物转入亲脂性溶剂，使酶的三维结构以一种改 性的状态被“冻结”，除去抑制剂的改性酶凭借其“记忆”功能就具有了 对底物的立体选择性
Ohya 等[49]首次用分子印迹对牛血清白蛋白 (BSA)进行了改性, 用N-甲 基-N-(4-硝基苄基)-6-氨基戊 酸作模版, 被印迹的BSA 可显著提高 (4R,4S)-4-氟-4-(4-硝基苯基)-丁-2-酮脱HF 的反应速度, 而以 (4R,4S)-4-羟 基-4-(4-硝基苯)-丁-2-酮为底物时, 被印迹过的酶的活 性被完全抑制