抗体酶

抗体结构
抗体分子是由两条轻 链(light chain, L链) 和两条重链(heavy chain, H链)通过链间二 硫键连接而成的四肽键 结构。
抗体
抗体的最显著的特征是 多样性和专一性
抗原结合片段(antigen binding fragment,Fab) 和可结晶片段
(crystallizabefragement,Fc)
相同点：都是蛋白质，都有特异性。 不同点： 1）抗体无催化活力，酶有催化活力。 2）本质差别：酶是能与反应过渡态选择结合的催化物质， 抗体是和基态紧密结合的物质。 3）酶的活性和合成受到代谢调节，种类有限。 抗体只有在抗原存在时才产生，种类无限。
A question: 如何让抗体具有酶活性 ？
三、抗体酶的制备
多克隆抗体 (Polyclonal Antibody) 多个B淋巴细胞克隆所分泌的抗体。
抗原（antigen ，Ag）
1 4
Ag
2 3
表位，抗原结合位点，抗原决定簇（epitope）
1 4
Ag 2
3
单抗与多 抗的区别：
B1
B2
B3
B4
多克隆抗体
B3 B3 B3 B3
单克隆抗体
制备单克隆抗体的基本原理：
问题的提出：
抗体分子的多样性及其高度精确识别性使其能结合几乎任 何天然的或合成的分子。
能否利用抗体的这一特性将抗体开发成象酶 那样的催化剂呢？
1986年<Science>同时发表了两篇来自由Lemer和Schultz分别领 导的两个研究组发现具有酶催化性质的抗体研究报告。
抗体酶的出现使科学家 设计酶的梦想正逐渐变为现实
抗体酶的作用机制
酶和抗体的本质差别在于：酶是能和反应过渡态 (激发态分子)选择结合的催化物质。而抗体是和基态 分子选择结合的催化物质 ,它们识别底物的机理是相 同的所。以，设计和制备稳定的过渡态类似物作为半抗 原诱导产生抗体 ，这样产生的抗体就能识别反应过 程的真正过渡态，该抗体具有酶催化反应的基本特征， 成为一种具有酶活性的抗体。这就是我们所称的抗体 酶。
位于H和L链的N-端的可变区 是抗原的结合位点,由约110个 氨基酸构成(variable region,V) 。
抗体酶——Abzyme
本质上是一类具有催化活力的免疫球蛋（Ig） ， 在其可变区赋予了酶的属性。
所以，其实抗体酶是一种特殊的抗体，它有着催 化特性，可谓是酶和抗体性质的兼得。所以又被称为 催化抗体。（Catalytic antibody）
酶与过渡状态的亲和力要大于酶与底物或产物的 亲和力。
能与过渡态结合的抗体也具有酶的性质
根据Pauling理论 ，William Jencks于1969年预言： 若能找到对应某反应过渡态的抗体，将其加入该反应体系 中，就可观测到这个抗体对该反应的催化效应。
这就意味着 ，抗体一旦能与过渡态相结合 ，它就具 有酶的性质 。
2、有更强的专一性和稳定性 抗体的精细识别使其能结合几乎任何天然的或合成的 分子
抗体酶催化反应的介质效应
酯解反应中介质效应 ： 抗体酶在有机溶剂中具稳定性。 脱羧反应中介质效应：有机溶剂引起脱羧反应速率增加。 酰基转移反应中介质效应 ：在疏水溶剂中，活性较高。
抗体与酶的异同：
一般是蛋白质使结合物具有抗原性，而半抗原则决定 结合物的抗原特异性。
如愿以偿
在1986年，加利福尼亚实验室的Lerner和Schultz 同时 报道了成功制备具有催化能力的单克隆抗体---催化抗体。
Peter Schultz
证实了抗体和酶一 样，能专一催化化学反 应的事实。此后，抗体 酶才从理论变为了现实。
抗体酶制备的基本原理
如果能适当地改变抗体中与抗原结合部位的微 环境，并在适当部位引入相应的催化基团，那就有 可能使抗体转变为具有催化性能的抗体酶。
制备方法 诱导法
基因工程法 拷贝法 导入法 修饰法
一、抗体的一些基本概念
单克隆抗体 (Monoclonal Antibody,McAb) 单个B淋巴细胞克隆所分泌的抗体。
第七章 抗体酶 Chapter 7 Abzyme
第七章 抗体酶
一 概述 二 机制 三 制备 四 应用
一、抗体酶的发现与研究思路
酶的催化机理是降低活化能。
1946年,诺贝尔奖二次得主 美国化学家Linus Pauling 提 出酶催化反应的过渡态理论。
在酶催化的反应中，与酶的活性中心形成复合物 的实际上是底物形成的过渡状态，
A question:
抗体酶是酶还是抗体 ？
二、抗体酶的结构与机制
什么是酶(enzyme) ？ 酶——活细胞产生，起生物化学反应催化剂作用的
蛋白质。
什么是抗体（antibody，Ab）？ 抗体——是B细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞所产
生的一种蛋白质，主要存在于血清等体液中,能与相应抗 原特异性地结合，具有免疫功能。其本质是一类免疫球 蛋白。
寻找过渡态类似物作为半抗原产生的抗体
可能具有酶活性
以稳定的过渡态类似物作为半抗原，诱导与其互补 构像的抗体，这样产生的抗体就能识别反应过程的真正过 渡态，该抗体即有酶催化反应的基本特征，可能成为一种
具有酶活性的抗体。
半抗原：能与对应抗体结合出现抗原-抗体反应、又不 能单独激发人或动物体产生抗体的抗原。它只有反应原 性，不具免疫原性，又称不完全抗原。
特异蛋白 半抗原
抗原抗体
抗原抗体
抗体酶
抗体酶模型
抗体酶的特性
一种对酶促反应过渡态特异的抗体 结合了酶与抗体的优点，既可以起酶促催化作用， 又可以起抗体的选择性和专一性结合抗原的作用。
1、能催化一些天然酶不能催化的反应 有许多化学反应还没有已知酶催化进行 抗体的多样性决定了抗体酶催化反应类型多样性 抗体酶可以根据需要人工裁制
致敏的B淋巴细胞
骨髓瘤细胞 （myeloma）
（能够分泌特异性的抗体 ，
（不能分泌特异性的抗体，
不能在体外长期生存 ）
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但能在体外长期生存）
阳性杂交瘤细胞 (hybridoma)
1
（既能分泌特异性抗体，
2
又能够在体外长期生存）
克隆化培养
12
（产生单克隆的阳性杂交瘤细胞）
22 2
生产单克隆抗体