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。工业生产常用甲苯为络合剂，从发酵液中结晶β-环糊精。化合物分子大小适当，能被环状糊精穴洞包埋在内得络合物，较大分子不能被全部包埋在洞内，这种反应成为包接反应,所得产物成为包接络合物，这是环糊精最重要的功能。

2冠醚化合物的模拟酶

1967 年Pederson 首次合成冠醚，并报道了这类化合物具有和金属离子、铵离子及有机伯铵离子形成稳定络合物的独特性质。随后人们合成了各种各样具有不同络合性能的所谓

“主体分子”，并提出“主客体络合物化学”的新概念,主体-客体之间的这种非共价络合作用是生物过程中酶-底物、抗原-抗体、激素-受体等许多手性识别的基础。因而,近年来这一领域的研究越来越引起化学家们的兴趣和关注。通过设计，将一些具有催化活性的基团连接在主体分子上,就能很好地模拟酶的作用。研究还表明，手性冠醚主体分子在络合氨基酸酯时，对客体分子的对映具有很高的选择性，这种手性识别为模拟酶的活性部位提供了一个良好的基础。

3超氧化物歧化酶(SOD)的模拟物

OD活性与金属离子有关，配位化学家将小分子化合物与Cu2+、Mn3+或Fe3+配位,制成模拟SOD，采用模拟SOD可以研究金属离子催化O2-歧化为O2与H2O2的作用机理，并有可能作为药物应用于临床。因此,近20年来对模拟SOD进行了较多研究[3]，尤其是模拟Cu，Zn- SOD及Mn-SOD。

4过氧化物酶的模拟

过氧化物酶是一类从植物、动物、微生物中提取出来的氧化还原酶，其以血红素为辅基，参与生物体内的生理代谢[4]。在生命活动过程中,过氧化物酶主要是催化分解生物体内的氧化物或过氧化物氧化分解其它毒素。由于过氧化物酶对氢受体H2O2具有独特的活化作用，其可以高效地催化活化H2O2，而H2O2又是生物反应过程中一种重要的中间物质，因此对H2O2的准确测定，在分析化学中具有重要的意义。目前广泛应用的过氧化物酶是从天然植物中提取的辣根过氧化物酶(horseradishperoxidase, HRP)。由于HRP价格昂贵，容易失活，在酶联免疫分析上因分子较大而不利于抗原抗体结合,并且标记过程复杂。因此，寻找能够替代HRP 的模拟酶和催化体系，并探寻优良的氢供体底物以提高模拟酶催化反应灵敏度是酶催化反应的研究热点。

参考文献:

[1] 刘有芹, 颜芸, 沈含熙. 模拟酶的研究与发展[J]. 化学进展, 2005, 17(6): 1067- 1073.

[2] 邱文革, 李宗锋, 孟胜男. 环糊精与卟啉键合的新型超分子[J]. 化学世界, 2007 (2):

114-118.

[3] 黄应平, 罗光富, 罗勇军, 等.过氧化物模拟酶空间结构及介质微环境对酶催化反应的影响[J]. 分析化学, 2005,33(5): 599-604.

[2] RODRIGUEZ-LOPEZ JN, LOWEDJ, HERNANDEZ-RUIZ J,etal. [J]. JAmChemSoc, 2001, 123: 11838-11847.