环糊精在模拟酶研究中的应用
自组装模拟酶研究进展
天然生物 酶具 有反应条件温 和 ，催化 效率高 ，专 一性 强等 特性 ，少量生 物酶即可大大促进某 一特定 的生化 反应 ，且绿 色
无 污 染 。生 物 酶 的 开 发 与 应 用 已成 为 生 物 领 域 中 的重 要 应 用 研 究 课 题 。 生 物 酶 常 不 稳 定 性 ，易 失 活 ，且 提 纯 困 难 ，价 格 昂 贵 ，储存及应用环 境要 求苛刻 … ，限制 了生物酶 应用 ；模 拟酶
来 ，运用 自组装原 理寻找具有全新功能模拟酶研究 发展迅速 ，本文从 卟啉类 、膜体系 、环糊 精及纳米材 料角度描述 了 自组 装模拟
酶 构 建 及 应 用 ，并 对 自组 装 模 拟 酶 未 来 发 展 进 行 了 展 望 。
关 键词 ：超分子；自组装模拟酶；纳米材料 ； 环糊精
中图分 类号 ：Ｔ Ｑ ９ ３ ２
第４ １卷 第 １期 ２ ０ １Βιβλιοθήκη ３年 １ 月 广州
化
工
Ｖ０ １ ． ４ｌ Ｎｏ ．１
Ｇｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｃｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ
Ｊ ａ ｎ ｕ ａ ｙ． ｒ ２ ０ １ ３
自组 装 模 拟 酶 研 究 进 展 术
高 云飞 ，洪 军 ，杨卫云 ，赵莹雪 ，肖保林 ，杨 天 ，穆萨维姆瓦赫迪
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｓ ｅ ｌ ｆ—ａ ｓ ｓ ｅ ｍｂ ｌ ｙ ｗａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｌ ｙ ｓ ｕ ｐ ｒ ａ ｍｏ ｌ ｅ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｄ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｎ ｏ ｎ ｃ ｏ ｖ ａ ｌ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ— ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ． Ｔｈ ｅ ｆ ｏ ｍ ｅ ｒ ｄ ｓ ｕ ｐ ｒ ａ ｍｏ ｌ ｅ ｃ ｕ ｌ ｅ ｓ ｕｓ ｕａ ｌ ｌ ｙ ｈ ａ ｄ ｎ ｅ ｗ ｆ ｕｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｎ ｄ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ．Ｓ ｅ ｌ ｆ—ａ ｓ ｓ ｅ ｍｂ ｌ ｙ ａ ｒ ｔ ｉ ｉｃ ｆ ｉ ａ ｌ ｅ ｎ ｚ ｙ ｍｅ ｍａ ｄ ｅ ｒ ａ ｐｉ ｄ ｌ ｙ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｒ ｅ ｃ ｅ ｎｔ ｙ ｅ ａ ｒ ｓ ． Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｓ ｅ ｌ ｆ—ａ ｓ ｓ ｅ ｍｂ ｌ ｙ ａ ｔｉ ｒ ｉｃ ｆ ｉ ａ ｌ ｅ ｎ ｚ ｙ ｍｅ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗｅ ｄ， ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｌ ｙ ｓ ｕｃ ｈ ａ ｓ ｐｏ ｒ ｐ ｈ ｙ ｒ ｉ ｎ ｄ ｅ ｒ ｉ ｖ ａ ｔ ｅ ｓ， ｍｅ ｍｂ ｒ ａ ｎ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ，ｃ ｙ ｃ ｌ ｏ ｄ ｅ ｘ ｔ ｒ ｉ ｎ ａ ｎ ｄ ｎ ａ ｎ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ．Ｔｈ ｅ ｆ ｕ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｌ ｆ—ａ ｓ ｓ ｅ ｍｂ ｌ ｙ ａ ｔｉ ｒ ｉｃ ｆ ｉ ａ ｌ ｅ ｎ ｚ ） ｍｅ ｓ ｗａ ｓ ａ ｌ ｓ ｏ ｐ ｒ ｏ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：ｓ ｕ ｐｒ ａ ｍｏ ｌ ｅ ｃ ｕ ｌ ｅ；ｓ ｅ ｌ ｆ—ａ ｓ ｓ ｅ ｍｂ ｌ ｙ ａ ｒ ｔ ｉ ｉｃ ｆ ｉ ａ ｌ ｅ ｎ ｚ ｙ ｍｅ；ｎ ａ ｎ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｍａ ｔ ｅ ｉａ ｒ ｌ ｓ ；ｃ ｙ ｃ ｌ ｏ ｄ ｅ ｘ ｔ ｒ ｉ ｎ
超分子结构
图33-2
是一个大三环穴状受体， 正好
组装一个NH4+ ，其中四个N 原 子与NH4+ 的四个H形成 N−H…N 氢键，这是一种四面体
识别。 NH4+ 在组装后，其pKa
提高了6 个单位，这与酶的活性 中心很类似。这种受体如果预先 二质子化，可以组装H2O分子， 见图33-2 右。如果预先四质子 化，可以组装Cl−。因而它好似 一条变色龙，对介质的pH 有灵
子间的相互作用是超分子化学的核心。
超分子化学主要研究分子之间的非共价键的弱相互作用，如氢键、 配 位键、亲水/疏水相互作用及它们之间的协同作用而生成的分子聚集 体的组装、结构与功能。
3
4
5
6
7
荚醚
8
由分子到超分子和分子间相互作用的关系，
正如由原子到分子和共价键的关系。
分子间相互作用 非共价键
金属有机骨架MOF结构-最新领域
MOFs是孔状微晶固体，由 金属离子通过有机桥连配体 所组成，用分子“构筑砌块” 从基底往上设计成具有特定 的功能。现在在加利福尼亚 大学洛杉矶分校的Omar Yaghi是20世纪的中后期设 计和合成MOFs的先驱。从 此以后，有2000多种各种各 样的MOFs被这一小组和世 界范围内的其它研究者所报 道。 由于它们的记录表面积和针 对特殊应用的精心构筑设计 (Yaghi称之为“网状合成”)， MOFs适合于存储气体—— 氢气、甲烷和其它气体—— 和气体的提纯和分离，同时 也可用做催化剂。MOFs的 另外一个用途是高选择性的 传感器。它们的储能的潜力 激起了科技界的极大兴趣并 25 且远远不止这些。
31
32
天然离子载体具有与碱金属配位的能力
穴醚（cryptand） 穴醚是一类人工合成的，可以与阳离子发生配位的双环
环糊精的性质和应用(简版)
The Properties and Applications of Cyclodextrins
221寝室呈现 221寝室呈现
黄淮学院化学化工系
主要内容
环糊精的结构和主要性质 环糊精在分析分离中的应用
环糊精的结构和主要性质
环糊精（cyclodextrin，CD）的研究历史
1891年Villiers从淀粉杆菌（Bacillus amylobacter）的淀粉消化液 中分离出环糊精（木粉），但没有确证其结构 1903年，Schardinger用软化芽孢杆菌（Bacillus macerans）消 化淀粉，并用KI3鉴别，区分开α-环糊精（蓝灰色晶体）和β-环糊 精（红棕色晶体） 1932年，Pringshem发现环糊精具有识别客体分子的能力 1935年，Freudenberg和French表征了环糊精的结构，确定了环 糊精分子中只含α-1,4糖苷键 1971年，Szejtli对环糊精在医药、食品、化妆品、分析化学等领 域做了大量研究
超分子
多分子体系
自组装 自组织 有序聚集体 分子和超 分子器件
环糊精的结构和主要性质
环糊精空腔的性质 —— 包合作用
与客体分子形成包结复合物（简称包合物）是环糊精 最重要的性质之一 包合，即主体与客体通过分子间的相互作用和相互识 别，使得客体分子部分或全部嵌入主体内部的现象
CH3
CH3
+
CH3 CH3
环糊精的结构和主要性质
基于环糊精的超分子体系
超分子是基于分子间非共价相互作用而形成的有序的 分子聚集体 构成超分子结构的分子间作用力主要有氢键、配位键、 范德华力、静电相互作用以及亲水－疏水相互作用等
分子
A B 合成 受体 共价键 C D 底物 易位 功能组分 相互作用 分子间键 超分子 识别 转换
模拟酶
酶的模拟工作可分为 整体模拟， 包括微环境在 内的整个酶活 性部位的化学 模拟。 模拟。
合成有类似 酶活性中心 酶活性的简单 模拟 络合物
2.模拟酶的理论基础 2.
1.主客体化学： 主客体化学： 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。 主体和客体在结合部位的空间及电子排列的互补。 配位键或其他次级键连接。 配位键或其他次级键连接。
金属卟啉
是卟吩及其衍生物卟啉与金 属离子形成的配位化合物。 属离子形成的配位化合物。 卟啉是一类由四个吡咯类 亚基的α-碳原子通过次甲基 亚基的 碳原子通过次甲基 桥（=CH-）互联而形成的大 ） 分子杂环化合物， 分子杂环化合物，其主体骨架 是卟吩。 是卟吩。当主体中两个吡咯质 子被金属取代后即成金属卟啉 。
模拟酶
目录
模拟酶的概念 模拟酶的理论基础 2种模拟酶 分子印迹技术
1.模拟酶的概念 1.
• 指利用有机化学的方法合成一些比酶简单的非蛋白质分 子，可以模拟酶对底物的络合和催化过程，既可达到酶 可以模拟酶对底物的络合和催化过程， 催化的高效性，又可以克服酶的不稳定性。 催化的高效性，又可以克服酶的不稳定性。 模拟酶是在分子水平上模拟酶活性部位的形状、大小及 模拟酶是在分子水平上模拟酶活性部位的形状、 其微环境等结构特征、 其微环境等结构特征、酶作用的机理和立体化学等特征 的一门科学。 的一门科学。 分子水平上模拟生物功能的一门边缘科学。 分子水平上模拟生物功能的一门边缘科学。
• 从分子印迹聚合物的形成来看,一般其过程 从分子印迹聚合物的形成来看, 分为3 分为3步:
1)将功能单体和模板分子按一定的比例进行混合, 1)将功能单体和模板分子按一定的比例进行混合, 将功能单体和模板分子按一定的比例进行混合 使其通过自由组装形成共价配合物或形成非共价 的加成产物; 的加成产物; 2)通过加入交联剂使其引发聚合进行聚合反应 通过加入交联剂使其引发聚合进行聚合反应, 2)通过加入交联剂使其引发聚合进行聚合反应,形 成聚合物; 成聚合物; 3)通过洗脱以除去模板分子得到目标产物 通过洗脱以除去模板分子得到目标产物。 3)通过洗脱以除去模板分子得到目标产物。
几种模拟酶的研究进展
几种模拟酶的研究进展几种模拟酶的研究进展应化一班201130790107 黄焯轩模拟酶是一类利用有机化学方法合成的比天然酶简单的非蛋白分子。
对环糊精模拟酶、冠醚化合物的模拟酶、超氧化物歧化酶模拟物等结构特征进行综述,为设计和合成更加简单、稳定的模拟酶提供参考。
天然酶是一种生物催化剂,结构复杂，价格昂贵,且易变性失活，而模拟酶(mimetic enzyme)，则是一类利用有机化学方法合成的比天然酶简单的非蛋白分子。
模拟酶结构比天然酶简单，化学性质稳定，具有酶的功能，还有高效、高选择性和价廉易得等优点。
模拟酶的研究不仅对分析化学有重要意义,而且对生物原理和生命过程实质的揭示都有重要意义[1]。
近年来，国际上开发出一种分子压印技术，该技术可以借助与模板在高分子物质上形成特异的识别位点和催化位点,其原理与抗体酶的制备大体相同，只是用人工高聚物代替抗体。
但在人体内大多数模拟酶的稳定性和活性都会有所下降,因而设计和合成活性中心结构精确、热力学稳定、动力学惰性并具有实用价值的模拟酶，仍然任重而道远。
现介绍几种模拟酶的研究现状,以期为模拟酶的进一步开发提供参考。
1环糊精模拟酶1891年，环糊精被发现，但长期以来由于化学反应被认为仅发生于分子间的碰撞而没有引起人们的重视。
近年来，随着对环糊精性质研究的深入，发现其具有独特的包络作用,即包络多种有机和无机分子，因此环糊精可作为模拟酶的模型，模拟多种天然酶[2]。
环糊精的分子形状如轮胎，由几个D(+)葡萄糖残基通过α-1,4糖苷键连接而成,聚合度分别为6.7 或8个葡萄糖。
α-,β-及γ-环糊精, 每个葡萄糖残基均处于无扭变变形的椅式构象。
3种环状糊精的结构相似，均为白色结晶粉末，但性质存在差别。
β- 环糊精的水溶解度最低，容易在溶液中结晶，溶解度随温度上升而增高；环状糊精不溶于有机溶剂，结晶无一定熔点，加热200℃开始分解，加有机溶剂能助长β-环糊精从水溶液中结晶出来。
超氧化物歧化模拟酶的研究进展及应用前景
模拟超氧化物歧化酶的研究进展及应用前景摘要：超氧化物歧化酶能有效清除体内的活性氧，从而避免机体损伤，但其分子量大、稳定性差，应用受局限，因此其化学模拟引起了人们的研究兴趣。
本文简述了活性氧的危害、超氧化物歧化酶的作用机理以及超氧化物歧化模拟酶（特别是CuZnSOD模拟酶、MnSOD模拟酶）的研究进展。
关键词：超氧化物歧化酶模拟酶金属模拟酶1 活性氧及其危害需氧生物的生存离不开氧，但是氧的某些代谢产物及其衍生的活性物质可能会损伤机体，这些物质被称为活性氧物种(reactive oxygen species，ROS)，是指由氧形成的，主要包括:O2-、OH-、H2O2等[1]。
适量的ROS在分子间和细胞内信号传递、细胞生长与分化及宿主免疫防御机制等方面有重要作用[2]。
但是，过量的ROS对机体是有害的，机体内过多的活性氧会引起脂质过氧化，改变生物膜结构和功能，使蛋白质变性、交联，酶失活等，同时也与心肌休克、辐射损伤、动脉粥样硬化、免疫系统缺陷等疾病的发生、发展密切相关[1]。
2 超氧化物歧化酶及催化机理超氧负离子自由基（O2-）是活性氧物种之一，可对脂质、蛋白质、核酸等进行广泛进攻而产生极大的毒害作用。
而超氧化物歧化酶（SOD）是生物体内天然的O2-的“克星“，是目前唯一一种能有效清除超氧自由基的酶[1]。
超氧化物歧化酶是一种广泛存在于动、植物及微生物中的金属酶，按所含金属辅基的不同，至少可分为三类[3]：1、Cu-ZnSOD，呈蓝绿色，主要存在于真核细胞的细胞浆内，分子量在32000左右，由两个亚基组成，每个亚基含一个铜和一个锌。
2、MnSOD，呈粉红色，其分子量随来源不同而异；来自原核细胞的分子量约为40000，由两个亚基组成，每个亚基各含一个锰，来自真核细胞线粒体的MnSOD，由4个亚基组成，分子量约为800000。
3、FeSOD，呈黄色，只存在于真核细胞中，分子量在38000左右，由两个亚基组成，每个亚基各含一个铁。
酶分子改造的方法及应用
酶分子改造的方法及应用摘要：酶工程是研究酶的生产和应用的一门技术性学科，进入20世纪后，随着微生物发酵技术的发展和酶分离纯化技术的更新，酶制剂的研究得到不断推进并实现了其商业化生产，但直接利用酶制剂时存在酶的稳定性差、使用效率低、不能在有机溶剂中反应等缺点。
通过酶的修饰可提高酶的稳定性，消除或降低酶的抗原性，使之更适合生产和应用的要求。
近年来发展的蛋白质工程技术则使酶的定向改造成为可能。
随着生物技术的发展，酶工程将引起巨大的变革。
关键词：酶分子修饰蛋白质工程模拟酶引言：近年来，酶工程开始兴起，迅速发展，其研究成果也越来越广泛地运用于各个领域。
虽然如此，但是由于酶一离开其特定的环境条件就会变得不太稳定，不适合大批量生产的需求，因此，大规模应用酶和酶工艺的还不多。
在工业应用中，底物及产物带来的影响常常导致pH偏离酶作用的最适条件的中性范围，使酶难以发挥作用。
在临床应用上，绝大多数酶对人体而言都是外源蛋白质，具有抗原性，直接注入会引起人体的过敏反应。
所以人们希望能够通过各种人工方法改造酶，使其更能适应各方面的需要。
1.酶分子改造的方法1.1酶分子修饰酶分子修饰[1]（Modification of Enzyme Molecule）即通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变，从而改变酶的某些特性和功能的过程。
酶分子修饰在提高酶的活力、增强酶的稳定性、降低或消除酶的抗原性、研究各种物理因素对酶分子空间构象的影响，进一步探讨酶分子的结构与功能之间的关系等方面具有重要意义。
1.1.1酶分子的主链修饰酶分子的主链修饰[2]就是利用酶分子主链（肽链或核苷酸链）的切断和连接，使酶分子的化学结构及其空间结发生某些改变，从而改变酶的特性和功能的方法。
1.1.1.2主链的切断修饰[3]主链断裂后，引起酶活性中心的破坏，酶的催化功能丧失（用于探测酶活性中心的位置）。
酶活性中心的空间构象维持不变，酶的催化功能也可以保持不变或损失不多，但是抗原性有发生改变。
酶工程的新研究及应用进展
1.分子酶的研究进展分子酶工程学就是采用基因工程和蛋白质工程的方法和技术,研究酶基因的克隆和表达、酶蛋白的结构与功能的关系以及对酶进行再设计和定向加工,以发展更优良的新酶或新功能酶。
1.1酶分子的定向改造和进化分子酶工程设计可以采用定点突变和体外分子定向进化两种方式对天然酶分子进行改造。
体外定向进化是近几年新兴的一种蛋白质改造策略,可以在尚不知道蛋白质的空间结构,或者根据现有的蛋白质结构知识尚不能进行有效的定点突变时,借鉴实验室手段在体外模拟自然进化的过程(随机突变、重组和选择),使基因发生大量变异,并定向选择出所需性质或功能,从而使几百万年的自然进化过程在短期内得以实现。
此目前采用体外分子定向进化的方法来改造酶蛋白的研究越来越多,并已在短短几年内取得了令人瞩目的成就,易错PCR 和DNA 改组就是其中2种方法。
1.2融合蛋白与融合酶蛋白质的结构常常可以允许某个结构域的插入与融合。
DNA 重组技术的发展与应用使不同基因或基因片段的融合可以方便地进行,融合蛋白经合适的表达系统表达后,即可获得由不同功能蛋白拼合在一起而形成的新型多功能蛋白。
目前,融合蛋白技术已被广泛应用于多功能工程酶的构建与研究中,并已显现出较高的理论及应用价值。
随着基因组、后基因组时代的到来和重组酶生产技术的开发,必将会有大量的、新的酶蛋白被人类发现。
1.3酶的人工模拟模拟酶是根据酶作用原理,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。
它们一般都具高效和高适应性的特点,在结构上比天然酶简单;由于不含氨基酸,其热稳定性与pH 稳定性都大大优于天然酶。
目前用于构建模拟酶的模型有环糊精、冠醚、卟啉抗体酶和分子印迹等。
2.酶工程的应用进展2.1活性多肽的开发研究近年来,人们利用酶工程技术来开发功能性活性肽取得了很大的进展。
生物活性肽是蛋白质中20种天然氨基酸以不同排列组合方式构成的从二肽到复杂的线性或环形结构的不同肽类的总称,是源于蛋白质的多功能化合物。
基于环糊精组装体的模拟酶功能研究的开题报告
基于环糊精组装体的模拟酶功能研究的开题报告Ⅰ. 研究背景和意义酶是生命体系中重要的催化剂，具有高效、特异性和可控性等优点。
许多酶催化反应的特异性依赖于其复杂的三维结构，往往难以合成或重构。
因此，开发具有酶活性的人工分子，成为了合成生物学和材料科学领域的热点研究方向。
环糊精是一种环状分子，其空心内部具有分子识别能力。
环糊精及其衍生物可以用于组装人工酶，模拟酶催化反应，具有构造简单、稳定性好、可控性高等优点。
因此，基于环糊精组装体的模拟酶功能研究具有重要意义。
Ⅱ. 研究主要内容本研究将基于环糊精组装体，设计和构造具有模拟酶功能的人工分子，主要包括以下内容：1. 确定模拟酶反应的选择和策略。
根据不同的反应类型，选择不同的反应底物和酶催化机理，建立相应的模拟酶反应体系。
2. 构建环糊精组装体。
采用化学合成、自组装等方法，构建具有特定结构和功能的环糊精组装体，包括双环、三环、四环等不同的环糊精组装体。
3. 评价模拟酶活性。
利用光谱、色谱等方法，评价环糊精组装体的酶活性和反应效率，优化酶催化体系。
Ⅲ. 研究意义和创新点1. 通过基于环糊精组装体的模拟酶研究，可以理解和控制酶催化反应的机制，为设计和构建新型人工酶提供理论指导和实验基础。
2. 环糊精组装体具有简单的构造和容易控制的特点，可以应用于高效、可控的羟化、酯化、酰化等反应领域，为相关生物医药、食品、环境等领域的应用提供可能。
3. 本研究利用环糊精组装体构建模拟酶体系，具有创新性、开拓性，将为生物医药、材料科学等领域提供新的研究思路和方法。
Ⅳ. 研究计划和预期结果本研究拟分为3个阶段，具体计划如下：第1阶段（3个月）：确定模拟酶反应的选择和策略。
建立相应的模拟酶反应体系。
第2阶段（6个月）：构建环糊精组装体。
采用化学合成、自组装等方法，构建符合酶催化反应机理的环糊精组装体。
第3阶段（6个月）：评价模拟酶活性。
利用光谱、色谱等方法，评价环糊精组装体的酶活性和反应效率，优化酶催化体系。
我了解的催化剂
一般而论，酶促反应速度比非催化反应高 106-1013倍 例如：反应 H2O2+H2O2→2H2O+O2 在无催化剂时，需活化能18，000卡/克分 子；胶体钯存在时，需活化能11，700卡/克分 子；有过氧化氢酶(catalase)存在时，仅需活 化能2，000卡/克分子以下。 用淀粉酶催化淀粉水解，1克结晶酶在65 度条件下可催化2吨淀粉水解。
生物催化剂的特性
生物催化剂的优缺点
生物催化剂的几种典型
（1）酶易失活
（2）高度的催化效率
（3）高度的专一性
（4）酶活性的可调节性
（5）酶反应条件温和但不稳定
引起酶的失活因素很多, 如温度, pH, 化学试剂等, 其中 酶的热失活是最重要的一种酶失活形式. 在过去的几十年中, 已有大量有关酶热失活的研究, 提出了许多失活机理. 常见的 热失活机理动力学模型有一步失活模型, 并列失活模型, 串联 失活模型, 同时失活模型和混合多步连续失活(酶失活可能是 与活性有关的一系列相关化学键或“敏感结构域”的破坏, 虽 然有些失活机理可以普遍使用. 但不同的酶有各自自己的敏感 中心. 失活形式也各有不同. 而且失活行为还与酶的应用形式 有关: 如 游离酶或固定化酶, 酶的固定化方法和载体等因素都会影 响酶的失活行为. 除此之外酶所处的外部环境对酶的活性影响 也很大。
影响纤维素酶产量和活力的因素很多，除菌种外，还有培养温度、 pH、水分、基质、培养时间等。这些因素不是孤立的，而是相互联系 的。张中良等（1997）采用均匀设计Cl12(1210)，以绿色木霉 （T.ViriclePers.expr）为菌种，研究了影响产纤维素酶的五大因素 对产酶量和活力的作用，认为基质粗纤维含量为40%、初始pH7.5、加 水4倍、在26-31℃条件下培养45h可获得最大产酶量26mg/g和CMC酶活 力20mg/g· h。王成华等（1997）也研究了其诱变筛选的里氏木霉91-3 的产酶条件，结果表明该菌种以7：3的秸秆粉和麦麸，另添加4%硫酸 铵、0.4%磷酸二氢钾、0.1%硫酸镁为最佳培养基，28-32℃为适宜培 养温度，30℃为最佳温度，4%为最佳接种量，96h到达发酵高峰。张 苓花等（1998）研究了以康氏木霉W-925为出发菌，经诱变后得到的 Wu-932纤维素酶高产菌的最佳发酵条件。结果表明，以1：2的麦麸和 稻草粉为培养基，5%的接种量，稻草粉碎平均长度3-5mm，初始pH4-5， 温度在28-35℃，发酵时间72h为最佳发酵条件。
环糊精的研究简介
实事求是 敢为人先
环糊精的模拟酶合成
根据环糊精以上的性质来构筑仿酶模型,就是利 用环糊精的疏水空腔对适当的底物进行包接，然 后在环糊精的较大或小开口端上的羟基进行适当 的修饰,引入某些具有催化作用的基团,这一部位 称之为催化部位。环糊精利用这两个部位的协调 作用,即疏水作用和催化作用从而达到模拟酶的 目的。
实事求是 敢为人先
结构:
请根据自己的需求对内容进行增删与修改！ 秋记
实事求是 敢为人先
:
立体结构
独特的筒状结构和内外表面使 环糊精可以包合特定的分子
实事求是 敢为人先
发现: 由于α-环糊精分子空洞孔隙较小，通常 只能包接较小分子的客体物质，应用范 围较小
γ-环糊精的分子洞大，但其生产成本高 ，工业上不能大量生产，其应用受到限 制 β-环糊精的分子洞适中，应用范围广， 生产成本低，是目前工业上使用最多的 环糊精产品
实事求是 敢为人先
水解酶 模型
实事求是 敢为人先
核糖核酸酶 模型
实事求是 敢为人先
展望
随着人们对环糊精更深入地进行修饰和改良研究 ，越来越多功能各异的环糊精衍生物被合成出来 ，这不单给药学，也给生物学、材料学、环境学 带来新的研究方向。随着研究水平的提高，通过 物理学家、化学家、生物化学家、分子生物学家 、细胞生物学家等的合作与交叉研究，更多环糊 精衍生物表现出来的奇特理化性质和优良的生物 学特性必将使其得到更好的应用与发展。
疏水性环糊精衍生物
乙基环糊精
乙酰基环糊精
访谈结果与析
特点：难溶于水 可降低亲水性药物水溶性
实事求是 敢为人先
离子性环糊精衍生物
羧甲基环糊精：随PH升高在水中的溶解度增大 硫酸酯环糊精和磷酸酯环糊精在较大的PH范围内 具有较大的溶解度
环糊精的性质和应用简版
环糊精的结构和主要性质
基于环糊精的超分子体系
HO O O O O O O O OH
OOOOOOOOO
XX
XX
XX
O OOO OOO OO
OHOHOH OHOHOH OHOHOH
OH OH OH OH OH OH
环糊精的结构和主要性质
环糊精空腔的性质 —— 包合作用
与客体分子形成包结复合物（简称包合物）是环糊精 最重要的性质之一
学上是自发的，而且释放的水分子部分地补偿了由于 CD与客体分子结合而引起的熵损失
环糊精的结构和主要性质
环糊精包合物稳定性的影响因素
主客体分子尺寸的匹配性：-、-、-环糊精具有不同
的空腔直径，可以选择相应大小的分子进行包合 客体分子的几何形状：即客体分子的立体效应，如不
同的取代基，以及空间位置不同的构型异构体 极性与电荷：通常强亲水性离子化客体与环糊精形成
1903年，Schardinger用软化芽孢杆菌（Bacillus macerans）消
化淀粉，并用KI3鉴别，区分开-环糊精（蓝灰色晶体）和-环糊
精（红棕色晶体） 1932年，Pringshem发现环糊精具有识别客体分子的能力 1935年，Freudenberg和French表征了环糊精的结构，确定了环
准轮烷（pseudorotaxane）：由作为客体的线性分子 （轮烷轴）穿入环状主体分子中而形成
轮烷（rotaxane）：准轮烷的线性分子两端用大位阻 试剂封闭而得到的结构
索烃和轮烷在制备初期的方法是类似的，不同的是索烃是将 线性分子首尾封闭成环，而轮烷是用大位阻试剂封端
环糊精的结构和主要性质
-CD 7 1135 1.85 6.00~6.50 7.9±0.1 15.4±0.4 262 单斜晶平行四边形 13.2~14.5
酶工程名词解释
名词解释：酶（enzyme)是生物体活细胞产生的、具有催化反应功能的蛋白质。
酶工程：是一项利用酶、含酶细胞器或细胞（微生物、植物、动物）作为生物催化剂来完成重要化学反应，并将相应底物转化成有用物质的应用型生物高新技术。
酶活力：是指酶催化一定化学反应的能力，其大小可用在一定条件下酶催化某一化学反应的反应速度来表示。
（单位时间底物减少或产物增加）一个酶单位（active unit, U，I.U）为在确定的最适反应条件下，每分钟催化1 mol(微摩尔）底物变化所需要的酶量。
（国际酶委员会规定）同工酶：同工酶（isozyme，isoenzyme）广义是指生物体内催化相同反应而分子结构不同的酶。
按照国际生化联合会（IUB）所属生化命名委员会的建议，则只把其中因编码基因不同而产生的多种分子结构的酶称为同工酶。
异构酶：异构酶亦称异构化酶,是催化生成异构体反应的酶之总称，催化一种同分异构体转变为另一种同分异构体的酶米氏方程米氏常数Km反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度酶的定位突变（site-directed mutagenesis）是根据酶的结构、功能和作用机制的信息，在基因水平上精确改变酶分子中的氨基酸残基，对酶的性质和其催化特性进行改造，产生符合特定需要的酶。
人为地创造特殊的进化条件，模拟自然进化机制，在体外对基因进行随机突变，从一个或多个已经存在的亲本酶（天然的或者人为获得的）出发，经过基因的突变和重组，构建一个人工突变酶库，通过一定的筛选或选择方法最终获得预先期望的具有某些特性的进化酶的分子进化技术称为体外定向进化。
定向进化＝随机突变＋选择融合酶：主要指将两个或多个酶分子组合在一起的融合蛋白氧化还原酶 Oxidoreductase转移酶 Transferase水解酶 hydrolase 裂合酶 Lyase异构酶Isomerase合成酶 Ligase or Synthetase在特定条件下（温度可采用25℃或其它选用的温度，pH等条件均采用最适条件），每1 min 催化1 μmol 的底物转化为产物的酶量定义为1 个酶活力单位。
模拟酶
分子印迹
聚合物中产生呢？ 如果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。如果构建 合适，这种聚合物就像‘‘锁”对钥匙具 有选择性识别作用一样，这种技术被称为 分子印迹技术。
分子印迹 所谓分子印迹(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)， 也叫做模板分子(template，T)。
非水相生物印迹酶制备示意图
在有机相中,生物印迹蛋白质由于保
持了对印迹分子的结合构象而对相 应的底物产生了酶活力， 那么这种构象能否在水相中得以保 持，从而产生相应的酶活力呢？
水相生物印迹酶
研究结果表明，采用交联剂完全可以固
定印迹分子的构象，在水相中产生高效 催化的生物印迹酶。利用这种方法已成 功地模拟了许多酶(如酯水解酶、HF水 解酶、葡萄糖异构酶等)，有的甚至达到 了天然酶的催化效率。
种作用力，且键的数目又多，可大大改善聚合物的识 别能力。
③ 交联剂的类型和用量：交联少会减低聚合物的坚
固程度，难于限定负责选择性部位的形状和其中的基 团取向，导致识别力下降。使用旋光性交联剂，则可 能造成与模板分子有附加的手性相互作用，提高识别 力。
④ 聚合条件：低温聚合较好
印记分子的优点和局限性
还是大分子(如蛋白质等)已被应用于各种印迹 技术中。
2 固相萃取
通常样品的制备都包括溶剂萃取，由于分
子印迹技术的出现，这可以用固相萃取代替，
并且可利用分子印迹聚合物选择性富集目标分 析物。由于印迹聚合物即可在有机溶剂中使用， 又可在水溶液中使用，故与其他萃取过程相比， 具有独特的优点。
谷胱甘肽过氧化物酶模拟物研究进展_邓萍
China Licensed PharmacistＭａｒ．２０１２，Ｖｏｌ．９Ｎｏ．３合理用药呵护公众健康１引言谷胱甘肽过氧化物酶（Ｇｌｕｔａｔｈｉｏｎｅｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ，ＧＳＨ－Ｐｘ）是机体内广泛存在的一种重要的过氧化物分解酶。
它能催化谷胱甘肽（Ｇｌｕｔａｔｈｉｏｎｅ，ＧＳＨ）与过氧化物之间的氧化还原反应，使过氧化物还原成低毒的羟基化合物，从而保护细胞膜的结构及功能不受过氧化物的干扰及损害。
ＧＳＨ－Ｐｘ包括胞浆ＧＳＨ－Ｐｘ、血浆ＧＳＨ－Ｐｘ、胃肠道专属性ＧＳＨ－Ｐｘ及磷脂过氧化氢ＧＳＨ－Ｐｘ四种。
胞浆ＧＳＨ－Ｐｘ主要分布在肝脏红细胞中，其生理功能主要是催化ＧＳＨ参与氧化还原反应，清除在细胞新陈代谢过程中产生的过氧化物和羟基自由基，减轻细胞膜不饱和脂肪酸的过氧化作用。
血浆ＧＳＨ－Ｐｘ主要分布于血浆中，其功能与清除细胞外的过氧化氢和参与ＧＳＨ的运输有关。
胃肠道专属性ＧＳＨ－Ｐｘ只存在于啮齿类动物的胃肠道中，其功能是避免因摄入脂质过氧化物而造成的机体损害。
磷脂过氧化物ＧＳＨ－Ｐｘ主要存在于睾丸中，其生物学功能与抑制膜磷脂过氧化有关。
ＧＳＨ－Ｐｘ在人体内具有十分重要的生理活性，谷胱甘肽过氧化物酶模拟物研究进展邓萍蒋君好（重庆医科大学药学院，重庆４０００１６）【摘要】回顾谷胱甘肽过氧化物酶模拟物的研究进展，为开发新型谷胱甘肽过氧化物酶模拟物提供科学参考。
总结了目前研究比较热门的４种代表性谷胱甘肽过氧化物酶模拟物：小分子模拟物、环糊精为酶模型的模拟物、多肽含硒模拟物、多糖为酶模型的模拟物，分析了其发展趋势。
【关键词】谷胱甘肽；过氧化物酶；模拟物ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－５４３３．２０１２．０３．００７Research Progress of Glutathione Peroxidase MimicsＤｅｎｇＰｉｎｇ，ＪｉａｎｇＪｕｎｈａｏ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｈａｒｍａｃｙｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＭｅｄｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００１６，Ｃｈｉｎａ）ABSTRACTＩｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｎｄｒｅａｓｏｎａｂｌｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｔｈｅｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｙｏｎｇｌｕｔａｔｈｉｏｎｅｐｅｒｏｘｉｄａｓｅｍｉｍｉｃｓ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｇｌｕｔａｔｈｉｏｎｅｐｅｒｏｘｉｄａｓｅｍｉｍｉｃｓｗａｓｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｓｏｆｇｌｕｔａｔｈｉｏｎｅｐｅｒｏｘｉｄａｓｅｍｉｍｉｃｓｈａｖｅｆｏｕｒｔｙｐｅｓ：ｓｍａｌｌｍｏｌｅｃｕｌｅｃｏｍｐｏｕｎｄｓ，ｃｙｃｌｏｄｅｘｔｒｉｎａｓａｍｏｄｅｌｆｏｒｅｎｚｙｍｅｍｉｍｉｃｓ，ｓｅｌｅｎｉｕｍ－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｐｅｐｔｉｄｅｓａｓａｍｏｄｅｌｆｏｒｅｎｚｙｍｅｍｉｍｉｃｓａｎｄｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅａｓａｍｏｄｅｌｆｏｒｅｎｚｙｍｅｍｉｍｉｃｓ．Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅｗａｓａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｄ．KEY WORDSＧｌｕｔａｔｈｉｏｎｅ；Ｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ；Ｍｉｍｉｃｓ作者简介：邓萍，硕士，副教授。
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环糊精在模拟酶中的应用和发展
摘要：环糊精是一种优良的模拟酶母体，在模拟酶的研究中占有重要地位，本文对模拟酶的性质进一步的认识和了解，对环糊精在模拟酶的应用和发展作详细的阐述，展望环糊精发展的前景。
关键词：酶模拟酶环糊精主客体应用
一模拟酶的认识
1 酶的认识
酶是一种蛋白质，广泛存在于生物体中，而且扮演着重要的角色，尤其在生物催化方面，它高度的专一性和高效率的催化对生物的各种生理调节起关键作用，由于催化效率高，有许多科学希望能够从生物体提取这些物质，但是随着时间的推移，科学家发现提取这些的难度非常大，而且成功率比较低，于是科学家转移研究方向，寻找酶有相似功效的模拟酶。
2 模拟酶定义和性质
模拟酶的研究就是从酶中挑选出那些起主导作用的因素来设计并合成一些能表现出生物功能的，比天然酶简单得多的非蛋白分子,，以它们作为模型来模拟酶对底物的结合及催化过程, 进一步找出控制生化过程的重要因素, 追寻酶的高效、专一这些特异性的根源, 发展新的非生物催化剂—模拟酶（mimed enzyme）。
如果要设计一种模拟酶，那么我们主要是模拟酶的那些性质呢？我觉得主要模拟以下性质：
1、高度的专一性，酶只作用一种底物, 只催化一种反应，在酶催化反应中, 利用酶的强疏水场、不对称场、静电场、氢键、范德华力及色散力, 通过诱导锲合作用对底物进行全方位的识别[1]。
2、酶反应的高效率，在于首先与底物结合成不稳定的中间复合物, 具有低活化能, 可用下式表示[2]：
E(酶)+S（底物）ES E+P（产物），此结合是特异地进行的, 可用图1表示：
图1 酶结合底物分子示意图
3、主一客体现象，从酶结合底物这点出发, 研究结合特异性、结合驱动力和结合强度, 发展了一门主一客体化学, 可用图2表示：
图2 主一客体作用示意图
总的来说，主一客体现象存在于有机、无机、生物体反应、物质输送及亲和层析等领域中。
酶反应的特异结合（主一客体识别）和其后的高选择反应, 吸引人们探索如何模拟生物体反应, 再现酶催化功能, 即模拟酶研究, 这是近年来发展起来的仿生化学的重要部分。
模拟酶的催化反应, 在常温、常压、中性、水溶液中进行快速高选择反应, 有效地生成目的物,可促进化学工业向着节省能源、节省资源、无公害的理想境地发展。
在模拟酶的研究中, 对脱辅基酶的模拟为较多, 而可作为其代用品的宿主分子, 目前已有许多, 如冠醚、叶琳环、杯芳烃、环糊精、胶束……等。
但迄今被广泛采用且较为优越的是环糊精[3]。
二环糊精的了解和模拟酶方面的发展
1 环糊精定义和性质
环糊精( cyclodextrins, CD) 是由环糊精糖基转移酶作用于淀粉或直链糊精生成的一种由D 吡喃型葡萄糖通过α- 1, 4 糖苷键连接的环状糖, 其中葡萄糖残基的个数一般为6、
7、8, 分别称为α, β,γ - 环糊精。
环糊精自1891 年由Villiers 发现以来, 对其研究已有100 多年的历史 , 而其大量应用于食品工业、药品工业、环保工业等领域则是近10 来年的事。
环糊精作为超分子化合物,之所以能用于酶的模拟, 其主要原因有[4]:
（1）α, β,γ- 环糊精系列有良好的水溶性，分布在空腔两侧的伯、仲羟基, 作为质子供体很活跃, 而且这些立体地分布在空腔周边的羟基与底物配合容易达到有利配置状态。
（2）伯、仲羟基有不同的反应活性, 可以通过化学方法引入催化基, 建立电荷和质子传递体系。
（3）分子内空腔由葡萄糖基的C - 3 - H, C- 5- H和1, 4 苷键氧构成, 是一个相对刚性的疏水空穴, 有利于对有机分子的选择结合和定位，而疏水环境能促进某些有机反应的进行，具有分子识别的功能。
2 环糊精的模拟酶合成及应用
根据环糊精以上的性质来构筑仿酶模型, 就是利用环糊精的疏水空腔对适当的底物进行包接, 这一部位称之为疏水部位，然后在环糊精的较大或小开口端上的轻基进行适当的修饰, 引入某些具有催化作用的有机基团, 这一部位称之为催化部位认环糊精利用这两个部位的协调作用, 即疏水作用和催化作用从而达到模拟酶的目的。
环糊精已用于模拟许多酶,如水解酶、核糖核酸酶、转氨酶、过氧化物酶、氧化还原酶、羟醛缩合酶等，以下列举几种酶的应用：
（1）水解酶类[5]
早期人们发现环糊精的氧负离子可与羧酸酯反应,随后又发现环糊精上的羟基能被包合于环糊精空腔中的酯乙酰化如下图,而且环糊精参与的反应,其反应速率通常有较大变化. 如乙酸间硝基苯酚酯(mNPA) 在相同条件下的水解速率比没有β2CD时快100 倍。
图3 环糊精羟基负离子的乙酰化
后来人们利用这个特点，对环糊精进行各种因素的分析，得出：无论是从底物和反应条
件着手,还是从环糊精的修饰着手,它们均能使底物的水解速率比无催化剂CD 时快几个数量级,但简单的环糊精模拟催化羧酸酯的水解反应几乎都是利用环糊精中的羟基形成氧负离子来进行亲核进攻(另加亲核试剂时有所不同) ,所以反应必须在碱性条件下进行.因此,简单环糊精所催化的羧酸酯水解反应离真正意义上的生物模拟酶催化反应还有较大差异。
为了解决这个问题，有人在环糊精中引入带有催化的基团，提高环糊精的水解效果，咪唑基和金属离子的引入，对环糊精的水解效果有了很大的提高。
（2）过氧化物酶类[6]
测定葡萄糖的浓度常用过氧化物酶来测定，但是由于活性的过氧化酶提取的成本很高，为了解决成本的问题，模拟过氧化酶是必须的，用环糊精模拟的制备反应式如下：
图4 环糊精模拟过氧化酶反应式
模拟酶制备简便，费用低廉。
易存取，能循环再生使用，对于葡萄糖的测定带来好处，在医学中有很大的帮助。
环糊精除了以上两种应用外，还有许多方面的应用，由于模拟酶的廉价、方便等特点，科研人员对它的研究越来越广，尤其对环糊精的研究，环糊精水溶性、空腔的结构，对物质的识别能力，使得它的研究更有价值。
三环糊精构筑模拟酶的发展和前景
模拟酶的研究是化学中的新兴研究领域, 虽然目前尚处于起步阶段, 但近年来利用环糊精构筑了一定数量的酶模型, 显示出大有希望的前景。
它的继续发展有赖于化学家们创造性的思维, 精湛的设计和富有成效的实验工作。
模拟酶研究将不断深化, 更多更理想的酶模型将不断涌现。
这方面的研究成果将有助于进一步认识酶的本质，揭示生命过程的奥秘，将引导化学进入一个崭新的时代---------化学反应已不再依靠剧烈条件下的分子碰撞, 而将是温和条件下由络合过程所导向的协调的价键组合。
参考文献
[1] 肖仁亮.环糊精的分子识别与人工酶.成宁师专学才,1989,2:57-64
[2] 童林荟.模拟酶研究进展—以环糊精为基础的模型研究,71-86
[3] 郭生金.谈谈酶的模拟与环糊精.晋中师专学报,1997,26(1):10-13
[4] 陆冬梅,罗志刚,杨连生,高群玉.环糊精模拟酶的研究进展.粮油食品科技,2005,13(4):27-28
[5] 操锋，任勇，华维一，马坤芳，郭寅龙.利用人工模拟酶环糊精催化羧酸酯水解反应的研究进展.有机化学,2002,22(11):827-834
[6] 沈静茹,雷灼霖,孙小梅,韦继争,丁志刚.β_环糊精构筑模拟酶催化法测定葡萄糖.分析化学研究报告.2001,29(7):828-831。