第七章抗体酶_PPT幻灯片

2
OO P
O
NH
O 过渡态类似物
O OH
a: Schultz group, University of California, Berkeey
b: Lerner group, Research Institue of Scripps clinic
Pollack S J, Jacobs J W, Schultz P G.. Science, 1986,234:1570 Tramontano A, Janda K D, Lerner R A. Science, 1986,234,1566
催化作用
• 抗体酶可催化多种化学反应，包括酯水解、 酰胺水解、酰基转移、光诱导反应、氧化 还原分应、金属螯合反应等。其中有的反 应过去根本不存在一种生物催化剂能催化 它们进行，甚至可以使热力学上无法进行 的反应得以进行。
抗体分为五类:
即免疫球蛋白G（IgG）、
免疫球蛋白A（IgA）、
免疫球蛋白M（IgM）、
则其诱发出的抗体即与该类似物有着互补的构象
1986年Science杂志 Schultz
抗体催化的实现
O2N
a O2N
O2N
O OO 底物
N Kcat/K = 770
O OH
OO 过渡态
OO
P
N
O
1
过渡态类似物
F3C N O
O O 底物
NH O
Kcat/K = 960
b
H F3C N
O
OOC N
O
HN
W.P.Jencks, catalysis in Chemistry and Enzymology: McGraw-Hill, New York (1969)
抗体酶的制备方法
• 稳定过渡态法：通过理论设计合适的与
反应过渡态类似的小分子作为半抗原，然 后让动物免疫系统产生针对半抗原的抗体 来获得。
1984年列那(Lerner)进一步推测： 以过渡态类似物作为半抗原，
催化抗体（ｃａｔａｌｙｔｉｃａｎｔｉｂｏｄｙ）亦称抗体酶（ａｂｚｙｍｅ
• 是抗体的高度选择性和酶的高效催化能力 巧妙结合的产物，本质上是一类具有催化 活力的免疫球蛋白，在其可变区赋予了酶 的属性，因此称为抗体酶。
• 其反应专一性相当或超过酶反应，催化速 度有的可达酶催化水平，但多数比天然酶 差。
抗体酶还具有与天然酶相近的米氏方程动力学及pH依赖性等
抗体酶的制备方法
• 抗体结合部位修饰法：将抗体的结合部位 引入催化基团是增加催化效率的一个关键， 引入功能基团的方法一般有两种，即选择 性化学修饰法和基因工程定点突变法。
引入法
用可裂解亲和标记试剂将催化基团引入到抗体结合部位的示意
抗体酶的制备方法
• 抗体库法：用基因克隆技术将全套抗体重 链可变区基因克隆出来，重组到原核表达 载体，通过大肠杆菌直接表达有功能的抗 体分子片断，从中筛选特异性的可变区基 因。
免疫球蛋白D（IgD）
免疫球蛋白E（IgE）。
其中IgG是最主要的免疫球蛋 白，约占人血浆丙种球蛋白的 70%，分子量约15万，含糖 2～3%。
IgG分子由4条肽链组成。其 中分子量为2.5万的肽链，称轻 链，分子量为5万的肽链，称 重链。轻链与重链之间通过二 硫键（—S—S—）相连接。
过渡态呢?
三、研究抗体酶结构的手段
• 利用X射线衍射技术 • 利用定点突变技术
四、抗体酶的应用
• 对于任何分子，几乎都可通过免疫系统产 生相应的抗体，而且专一性很强，抗体的 这种多样性标志着抗体酶的应用潜力是很 巨大的。
四、抗体酶的应用
• 在有机合成中的应用 • 用于阐明化学反应机制 • 在医疗上的应用
利用过渡态类似物制备抗体酶示意图
抗体酶的制备方法
• 抗体与半抗原互补法：通过半抗原的
最优化设计使带正电荷的半抗原正确地模 仿过渡态的几何结构及所有的反应键，而 且半抗原和产物及底物之间没有相似之处， 就有可能产生高活力的抗体酶。
抗体催化的β-消除反应 H1为类似β-氯酮的半抗原,含有一个带正电的烷基氨离子 R1-NO2, H; R2-H, NO2; X-F,H
催化抗体在有机合成中的应用
迄今为止,科学家们已成功开发出能催化所有6 种类
型的酶促反应(歧化、水解、裂解、异构、烷基化和氧 化还原)以及几十种类型的化学反应的抗体酶。
包括：水解、消除、缩合、氧化还原、重排、光 分解和聚合、周环反应、异构化、环氧化等。
张玉彬. 生物催化的手性合成[M] .北京:化学工业出版 社,2002 ,50.
O2N
TSA 8
N
XO
O
9 O2N
HX 10 O2N
X= F, Kcat/K = 105 TSA 7 X=OH, Kcat/k = 1200 TSA 8
研究背景及理论基础 （二）
2.2 猜想－－抗体催化的过渡态理论 (1948 Pauling)
如果抗体也能和过渡态特异性的结合，那么就有可能 具有催化性能。(Jencks 1969) 这意味着：抗体一旦能与过渡态结合，它就具有酶的 性质－－在温和条件下，高效高选择性的催化反应。 以此推理：抗体若能与过渡态类似物结合，则它也就 会与化学反应过程中的过渡态结合，这样的抗体亦就 具有催化性能。
COOH
百度文库
COOH
CONH(CH2)2O(CH2)2NH2
OH
5
O
OH
6
TSA 4
Kersey A Black, Andrew G Leach, M Yashar S Kalain, K N Houk, J.Am.Chem.Soc.,2004,126,9695
消除反应
NH3 O
S
NH
OH
S
O2N
CH3 TSA 7
抗体酶的制备方法
• 熵阱法：利用抗体结合能克服反应的熵垒， 抗体结合被用于冻结转动和翻转自由度， 这种自由度的限制是形成活化复合物所必 须的。
本质:抗体酶被设计用来作为熵阱
多底物类似法
多底物诱导既有底物 又有辅因子结合部位的抗体
在三亚乙基四胺金属络合物存在下针对方框中Co(III)-肽络合 物能在箭头指出的Gly-Phe部位裂解相关的肽底物
Diels-Alder 反应
O Me
NHPr O
O N
Me
NHPr O
H HN
COOH
O
TSA 3
Kcat/K = 2500
Andrew G Leach, K N Houk and Jean-Louis Reymond, J.Org.Chem. 2004,69,3683
Oxy--Cope 重排反应