《酶工程催化抗体》PPT课件

结 合 区： 抗体分 子上有两个抗原结 合区
可变区（V区）
稳定区（C区）
抗体分子：由四
条肽链所组成，
两条重链（H链）
两条轻链（L链）
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抗体的结构
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单克隆抗体
单克隆抗体(monoclonal antibody，简称McAb) 将能够产生抗体的B淋巴细胞和具有无限增殖力 的骨髓瘤细胞融合在一起，形成杂交瘤细胞。 杂交瘤细胞既能在体外快速生长，又能持续分 泌成分单一的特异性抗体。这种单一类型的只 针对某一特定抗原决定簇的抗体分子，就是单 克隆抗体
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பைடு நூலகம்
抗体酶的出现，意味着有可 能出现简单有效的方法，从而人 们可凭主观愿望来设计蛋白质。
——这一发现是利用生物学与化学成果在 分子水平上交叉渗透研究的产物。由于抗 体酶对于多学科展示了较高的理论和实用
价值，已引起科学界广泛的关注。
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抗体
抗体是由B细胞受抗原刺 激后所分泌的蛋白质
第七章 抗体酶或催化抗体
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抗体酶：20世纪80年代以来出现 的一种具有催化活性的蛋白质，是利 用生物学和化学的成果在分子水平上 交叉渗透研究的产物；其本质上是免 疫球蛋白，只是在其易变区被赋予了 酶的属性，因此抗体酶又称为催化抗 体（Catalytic Antibody)。
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Pauling 过渡态理论
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抗体酶催化的反应专一性相当于 或超过酶反应的专一性，催化速度有 的可达到酶催化的水平。
——但一般来说，抗体酶催化反应的速度 比非催化反应快102~106倍，仍比天然酶催 化反应速度慢102~104倍。因此，开发制备 高活力抗体酶的方法仍是世界各国科学家
的奋斗目标。
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抗体酶的发现不仅提供了研究 生物催化过程的新途径，而且能 为生物学、化学和医学提供具有 高度特异性的人工生物催化剂， 并可以根据需要使人们获得具有 某些不能被酶催化或较难催化的 化学反应催化剂。
实 例：以一羧基酯和酰胺的水解为例，根据反 应机理，其过渡态应该为一个四面体结构，以具 有四面体结构的高能中间类似物作为半抗原，均 能获得预期的抗体酶；该抗体酶与过渡态类似物 具有完全互补的立体结构。
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半抗原设计中应考虑的问题：
产生的抗体是否具有预期的催化活性；
能否刺激机体产生免疫应答。
——1986年Lerner研究组在《Science》上发表了抗 体酶研究的实验结果，标志着抗体酶的研究进入 了一个新阶段。
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催化抗体自1986年诞生之日起，就一直 是科学界高度关注的对象，催化抗体的研究 是当今科学前沿的多学科交汇点之一
研究的范围不断拓宽，研究成果层出不 穷，采用的技术日益先进
酶与高能态的过渡态分子 相结合
抗体则与抗原 （基态分子）相结合
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半抗原与催化性抗体
半抗原：是一类小分子化合物，本身不能诱导免 疫应答，只有当共价结合到具有免疫性的蛋白质 后，注射动物才能诱导出与半抗原特异性结合的 抗体。如果半抗原是酶的过度态结构类似物，则 有可能获得具有催化活性的抗体，也就是抗体酶。
突破了传统的胶束、大分子、配位化合物 等模拟酶研究的框框，开创了催化剂研究和制 备的崭新领域
在催化化学、反应动力学、医学、制药学
等诸多领域的无可限量医学的PPT应用前景
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催化抗体的定义
该抗体除了具有相应免疫 学性质外，还具有类似于 酶能催化某些反应的特性
抗体酶 或
催化抗体
通过一系列化学与生物 技术方法制备出的具有 催化活性的抗体
难
Pauling和 Jencks的理论
催化抗体
单克隆技术
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1986年，Lerner和 Schultz分别成功 4
——Lerner(1984)提出：若以过渡态类似物为半抗原， 则其诱发产生的抗体应该与该类似物具有互补构象； 这种抗体与底物结合后，就能够诱导底物进入过渡态 结构，从而引起催化作用。
物是结合在可变区6个CDR (Complem-
entarity determinative region, 互补决定域 )的
顶端，主要是和重链结合，有7个残
基与其结合，而轻链只有1个残基与
半抗原结构与催化抗体之间的关系：
半抗原结构中应含有芳香结构：含芳香结构的半 抗原具有较强的免疫原性；
催化抗体与半抗原的亲和力：一般认为结合常数 Ki应小于10-6mol/L，容易获得高效催化抗体；
诱导羧酸酯、酰胺水解的催化抗体，可以利用具 有四面体结构的过渡态类似物作为半抗原；
半抗原的设计应考虑催化反应的环境与反应机制。
和预言
抗体若能与化学反应的过渡态 结合，则这样的抗体必具有催 化性能的观点
意义
Jencks于1969 年提出
抗体一旦能与过渡态结合，它就具有
酶在温和条件下高效、转移地催化化
学反应的性质，依此类推，抗体若能
与过渡态相似物结合，则它也会与化
学反应过程中的过渡态结合，这样的
抗体亦具有催化性能
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催化抗体的实现
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自从抗体酶制备成功以来，迄今已成 功地开发出天然酶所催化的六种酶促反应 和数十种类型的常规反应的抗体酶。
——包括酯、羧酸和酰胺键的水解反应、 酰胺形成、光诱导裂解和聚合、酯交换、 内酯化、Claisen重排反应、金属螯合、环 氧化反应、氧化还原反应、化学上不利的 环化反应、肽键形成反应、脱羧反应、过 氧化反应、周环反应等。
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单克隆抗体的制备过程
动物免疫与亲本细胞的选择
细胞融合：淋巴细胞杂交瘤的制备 杂交瘤细胞的筛选：有限稀释法等
单克隆抗体的纯化医学PPT
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催化抗体的例子
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Haynes等在3.0Å水平上测定了具
有分支酸变位酶活力的抗体酶1F7与
其过渡态类似物的复合物的三维结构。
——晶体结构数据表明，过渡态类似
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催化抗体与酶的共同点
抗体与酶都是蛋白质分子
催化抗体 与
酶的共同点
能高选择性地与 靶分子结合
酶与底物的结合及抗体 与抗原的结合都是高度
专一性
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催化抗体与酶的不同点
大大降低化学反应的活化能，高 选择性、高效率地催化化学反应，使 之能在温和条件下得以实现
催化抗体 与
酶的不同点
抗体特异性地结合抗 原并帮助巨噬细胞摄入且 摧毁抗原