核酶和抗体酶2
抗体酶核酶和固定化酶的基本概念和应用
抗体酶核酶和固定化酶的基本概念和应用咱们今天聊聊抗体酶核酶和固定化酶，这些东西听起来是不是有点绕？别着急，咱们慢慢讲，保证你听了以后啥都懂。
咱得说一下这些词到底是什么意思。
抗体酶核酶？嗯，乍一听是不是像是医学科幻片里的东西？它的原理比想象的要简单得多。
你可以把它看作是一种“聪明”的工具，它集合了抗体、酶和核酸三者的优点。
这些东西就像是“超能战士”，可以识别特定的物质，还能加速化学反应，甚至还能解决一些日常生活中的难题。
举个例子，它们可以帮助检测疾病，或者像化学工厂一样促进化学反应，真的是神奇得不要不要的。
那什么是固定化酶呢？这个就更简单了。
你可以把固定化酶想象成你家厨房里的调料瓶，酶就是调料，而固定化就是把它固定在瓶子里。
这样，你在做菜的时候，调料不会掉来掉去，方便又省事。
固定化酶的工作原理也是一样的。
它把酶固定在一个“平台”上，这个平台可以是塑料、玻璃，甚至是一些天然的东西。
这样一来，酶就能一直待在那里，不容易被浪费掉，而且还能多次重复使用，像是永不干涸的泉水，节省了大量的成本。
你看这些酶其实都不是什么新鲜的东西。
早在很久以前，人类就发现了酶的神奇作用。
它们是自然界里的“催化剂”，就像是车上的加速器，不推动车走就没意思了。
科学家们早就知道，酶能加速化学反应，甚至能在没有高温高压的情况下，完成那些看似不可能的反应。
但是酶也有个小问题，那就是它们容易被环境影响，比如温度、酸碱度，甚至是空气中的一些物质。
一不小心，酶就像跑得太快的马，飞驰到一个无法控制的地方，反而啥也做不成了。
为了让酶更稳定、更高效，科学家们就想出了固定化的办法。
想象一下你做饭的时候，如果把调料瓶随便扔在桌上，它可能就会翻倒、撒一地，到时候你得重新找，浪费时间。
可是如果你把调料瓶固定在一个固定的位置，它不仅不容易乱，还能更方便地拿取。
固定化酶就是这么一个聪明的发明，它让酶能在合适的环境中更好地工作，减少浪费，增加效率。
就好像是做事的“老司机”，让一切变得得心应手。
核酶的名词解释
核酶的名词解释核酶是一类具有生物催化活性的蛋白质分子，它们在细胞内起着关键的生物催化作用。
核酶以其特异性的催化活性，参与了细胞内许多重要的生物化学反应。
一、核酶的功能和作用核酶是生物体内基因表达和蛋白质合成等过程中的重要催化剂。
它们通过特异性地识别和切割核酸链，参与了DNA复制、转录和剪接等核酸代谢过程。
核酶还可以识别并修复DNA中的损伤，维护基因组的稳定性。
此外，核酶还参与细胞内RNA的降解和转运，调控RNA的稳定性和水平。
二、核酶的分类核酶的分类可以根据其催化活性的不同而划分。
根据催化反应所涉及的底物类型，核酶可以分为DNA酶和RNA酶。
DNA酶特异地识别DNA链，促使其切割或连接，从而实现DNA修复、复制和重组等生物学过程。
RNA酶则专门作用于RNA分子，具有剪断、修饰和修复RNA的功能。
根据核酶催化所涉及的反应类型，核酶又可以分为内切酶和外切酶。
内切酶可让底物链在催化反应中切断，并促使DNA或RNA链的连接。
外切酶则在催化反应中将底物链截断，形成较小的核酸片段。
这两类酶都起着不可或缺的生物催化作用。
三、核酶的结构和活性中心核酶的催化活性主要集中在其活性中心。
核酶的活性中心通常由氨基酸残基组成，包括天冬酰胺、酪氨酸和组氨酸等残基。
这些氨基酸残基的侧链在催化过程中起到非常关键的作用，帮助核酶识别底物并促使催化反应的进行。
核酶的结构可以是单个蛋白质分子或由多个蛋白质亚基组成的复合物。
不同的核酶结构决定了它们特异性催化的能力。
一些核酶具有特定的结构域，如核心结构域和识别结构域，这些结构域能够与底物发生特异性的相互作用，从而实现催化反应。
四、核酶的研究与应用核酶的研究一直是生命科学领域的热点。
科学家们通过对核酶的研究，揭示了DNA和RNA代谢过程中的许多重要细节，为我们深入理解生命的本质提供了重要的线索。
核酶的研究还带来了许多潜在的应用。
例如，目前已经开发出一些具有特定生物催化活性的核酶，可以在实验室中用于特定的基因治疗或基因工程应用。
生物化学核酶的名词解释
生物化学核酶的名词解释生物化学核酶（Biochemical Nucleases），是一类在生物体内起到降解核酸（DNA和RNA）的作用的酶。
核酶广泛存在于细菌、真核生物和病毒等生物体中，扮演着重要的生理功能。
它们能够切断并降解DNA和RNA，在细胞分裂、DNA修复和生物体免疫应答等过程中发挥着重要的调节角色。
一、核酸降解过程核酸分子是生物体内重要的遗传物质，对于维持细胞正常运行和生物体的发育和功能至关重要。
而核酸分子会被误造成错误的形式或者发生因自然老化而产生的破损，这时核酸降解的作用就显得尤为重要了。
在细胞中，核酸降解包括内源性的抗体DNA修复系统和外源性核酸降解酶两个主要过程。
内源性的抗体DNA修复系统包括核苷酸切割和拼接酶，它们能够修复被氧化、甲基化及紫外线辐射等造成的DNA破损。
而外源性核酸降解酶主要由核酸酶、核酸内切酶及3' -5' 外切核酸酶等组成，它们负责分解外源性DNA或RNA分子，从而起到维持生物体基因稳定、抗病毒和抗外源性DNA或RNA侵入等重要功能。
二、核酶的分类核酶可根据其结构、底物特异性和降解方式进行分类。
1. 根据结构分为核酸酶I和核酸酶III两类。
核酸酶I是内切核酸酶和外切核酸酶的共同成分，它能够以不特异性地方式降解DNA和RNA分子。
而核酸酶III则是一类特异性降解RNA的酶，在真核生物的RNA免疫响应中起到重要作用。
2. 根据底物特异性，核酶可分为DNA酶和RNA酶。
DNA酶主要降解DNA分子，包括DNA核酸酶和外源性的DNA酶。
而RNA酶则主要降解RNA分子，包括RNA核酸酶及外源性的RNA酶。
3. 根据降解方式，核酶可分为内切核酸酶和外切核酸酶。
内切核酸酶通过切割DNA链的内部磷酸二酸酯键来分解DNA或RNA分子。
而外切核酸酶则从核酸链的末端开始切割，以降解核酸分子。
三、核酶的研究意义生物化学核酶的研究对于理解生物体的遗传变异、毒性物质清除和基因表达调控等诸多生物过程具有重要意义。
核酶和抗体酶
将不同的重链和轻链基因随机组合，克隆 到合适的表达载体中，在原核细胞表达不 同的抗体，形成一个抗体库，从这个抗体 库中，用抗原可以筛选到相应的抗体基因。
引入法
随着噬菌体抗体库技术的完善，可根据需 要构建适当序列的基因片断，绕过免疫学 方法，构建全新的抗体酶。 噬菌体展示技术将组建亿万种不同特异性 抗体可变区基因库和抗体在大肠杆菌中功 能性表达，与高效快速的筛选手段结合起 来，彻底改变了抗体酶生产的传统途径。
A. 酯酶的底 物–酯
B.酯的羧基碳原子 受到亲核攻击形成 四面体过渡态
C.设计的磷酸酯 类似物,作为抗原 去免疫实验动物
O –C –
磷酸酯类似物 免
(半抗原)
疫
对酯水解反应有 催化作用的单克
隆抗体
抗体酶用于有机酯的水解，过渡态类似 物磷酸盐和磷酸酯作为免疫原诱导产生 的单克隆抗体催化水解反应比未催化反 应快104倍。
L-19IVS
G- P
- OH +
15nt
P399nt
图 13- 四膜虫 35S RNA 内含子剪接 的转酯反应模型
L-19具有酶的主要特 征：专一性强，加快 反应速度，反应前后 酶分子保持不变
L-19 IVS所催化的水解反应和连接反应
异议
引入法
用基因工程方法改造和制备全新的抗体酶 是一种很有前途和发展潜力的抗体酶制备 方法。
将催化基因引入到特异抗体的抗原结合 位点上，使其获得催化功能。 也可以针对性地改变抗体结合区的某些 氨基酸序列，以获得高效的抗体酶。
引入法
对于已产生的单抗，分析抗体结合部位 的氨基酸顺序或对应的碱基顺序。 通过对抗体酶结合部位氨基酸对应的基 因序列进行定点突变，希望能在抗体结 合部位换上有催化作用的氨基酸。 改变抗体酶的催化效率。
核酶抗体酶ppt课件
3、核酶作用的特点
化学本质 RNA 底物 RNA 肽键 ā-葡聚糖分支酶 反应特异性(专一性）碱基 催化效率 低 产物
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4.核酶的分类
锤头核酶
发夹核酶 剪切型核酶 丁型肝炎病毒（HDV)核酶
根据催化反应
RNaseP
I内含子
剪接型核酶 II内含子
2. 免疫源性低，很少引起免疫反应。 3. 针对锤头核酶而言，催化结构域小，既可作为转基因表达产 物，也可以直接以人工合成的寡核苷酸形式在体内转运。
二、在其他领域的应用
防治动、植物 病毒侵害：马铃薯纺锤形块茎类病毒负链 的多价核酶构建，马铃薯卷叶病毒复制酶基因负链的突变 核酶的克隆等
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剪切位点
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RNaseP底物的二级结构
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1、转核苷酸作用 2CpCpCpCpC CpCpCpCpCpC +CpCpCpC
2、水解作用 CpCpCpCpC CpCpCpC + pC
3、转磷酸作用 CpCpCpCpCpCp+UpCpU
CpCpCpCpCpC + UpCpUp 4、去磷酸作用
核糖核酸酶P(RNaseP)是内切核酸酶，是核
糖核蛋白体复合物，能剪切所有tRNA前体的 5‘端，除去多余的序列，形成3’-OH 和 5’磷酸末端。
RNaseP由M1RNA和蛋白质亚基组成。
体外： M1RNA具催化作用
蛋白质作为辅助因子
体内： M1RNA和蛋白质对酶活性都是必需的。
2、1剪切机制 Mg 2+
2、2结构与功能的关系 M1RNA 5‘端完 整结构对维持催化活性是必需的。
酶工程 核酶和抗体酶(6.4)--6.1
什么是抗体酶？抗体酶有何特性？答：抗体酶指既是抗体又具有催化功能的蛋白质。
因为它是具有催化活性的抗体，故又称为“催化性抗体”。
抗体酶具有典型的酶反应特性；与配体(底物)结合的专一性，包括立体专一性，抗体酶催化反应的专一性可以达到甚至超过天然酶的专一性；具有高效催化性，一般抗体酶催化反应速度比非催化反应快104～108倍，有的反应速度已接近于天然酶促反应速度；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。
抗体酶与天然酶相比，最大的优点在于抗体的种类繁多，抗体的精细识别性使其能结合几乎任何天然的或合成的分子，制备成功的抗体酶不但能催化一些天然酶能催化的反应，而且还能催化一些天然酶不能催化的反应。
简述抗体酶的制备原理。
答：抗体酶的制备主要有诱导法、引入法、拷贝法等方法。
诱导法是利用反应过渡态类似物为半抗原制作单克隆抗体，筛选出具高催化活性的单抗即抗体酶；引入法则借助基因工程和蛋白质工程将催化基因引入到特异抗体的抗原结合位点上，使其获得催化功能；拷贝法主要根据抗体生成过程中抗原-抗体互补性来设计的。
核酶是如何发现的? 核酶的发现有什么重要意义？答：1982年，美国的T.Cech等研究发现原生动物四膜虫的26SrRNA前体能够在完全没有蛋白质的情况下，自我加工、拼接，得到成熟的rRNA。
1983年，S.Altman等研究RNaseP时发现，将RNaseP的蛋白质与RNA分离，分别测定，发现蛋白质部分没有催化活性；RNaseP的蛋白质部分除去并提高Mg2+，则留下的RNA部分具有与全酶相同的催化活性。
1986年，T.Cech与连接，具有核糖核酸酶和RNA聚合酶的活性。
核酶的发现，证明了核酸既是信息分子，又是功能分子，对于研究生命的起源，了解核酸新功能，以及重新认识酶的概念等都具有重要意义。
简述L19 RNA（L19 IVS）的生成及其催化反应。
答：1982年Cech等人在研究四膜虫前体rENA拼接机制时发现，在没有仟何蛋白质酶参与下，几秒钟内自动切除含有413nt的IVS(间插序列片段interveningsequcnce，IVS)，并产生成熟的rRNA，但反应体系需镁离子和鸟苷酸或鸟苷(均需有3¢-OH)参与。
核酶的名词解释是什么
核酶的名词解释是什么核酶是一类在生物体内起着关键作用的酶。
它们负责催化生物化学反应，从而使细胞正常运作。
核酶是由特定的核酸分子组成的，这些分子包括DNA（脱氧核酸）和RNA（核糖核酸）。
在生物体内，核酶通过识别和结合特定的核酸序列，并对其进行分解或合成，从而控制细胞的生理活动。
作为生物体内的催化剂，核酶在细胞的基因表达和蛋白质合成等重要过程中起着至关重要的作用。
在蛋白质合成过程中，核酶通过解读DNA上的基因编码信息，将其转录成RNA，然后通过翻译过程将RNA翻译成具有特定功能的蛋白质。
核酶还参与到DNA复制和修复、RNA剪接和RNA降解等其他重要的细胞过程中。
核酶的命名通常根据它们在生物体内的功能和特定的反应类型来命名。
核酶可以分为多个不同的类别，包括内切酶、连接酶、多聚酶、脱氧核糖核酸酶（RNase）和核糖核酸酶（DNase）等。
内切酶是一类能够将DNA或RNA分子切割成特定片段的酶。
它能够识别和结合特定的DNA或RNA序列，并在该序列内部切割链。
内切酶在基因工程和分子生物学研究中起着重要的作用，例如用于构建基因工程载体和进行DNA测序等。
连接酶则具有将两个DNA或RNA分子连接成一个新分子的能力。
它能够将两个分子中的特定位置连接在一起，从而形成一个新的分子。
连接酶在DNA修复和重组、病毒复制以及细胞分裂等过程中起到重要作用。
多聚酶是一类具有合成DNA或RNA链的能力的酶。
它能够从已存在的单链DNA或RNA模板合成新的链。
多聚酶在DNA复制和RNA合成中起到至关重要的作用，确保基因信息的传递和细胞正常功能的实现。
脱氧核糖核酸酶（RNase）和核糖核酸酶（DNase）是一类负责分解RNA和DNA分子的酶。
它们能够将RNA或DNA分子中的化学键切断，从而使它们被分解成更小的片段。
RNase和DNase在生物体内维持核酸水平的平衡以及参与到细胞凋亡和免疫响应等过程中发挥重要作用。
除了上述核酶类别外，还存在其他酶能够催化和调控其他生物化学反应。
Chapter9核酶和抗体酶解析
需鸟苷（或5′鸟苷酸）和Mg2+参与。
Ⅱ型IVS ：结构与四膜虫的不同，而与细胞核mRNA前体中的IVS相 似。它催化自我剪接反应不需要鸟苷或鸟苷酸参与，但仍需Mg2+
2．自我剪切ribozyme的分类
自我剪切ribozyme, 自我剪切的RNA结构有锤头结构和发 夹结构，其中尖头指出自我剪切的部位。
1．酰基转移反应
2．重排反应
3．氧化还原反应
4．金属螯和合反应
5．磷酸酯水解反应
6．磷酸酯闭环反应
7. 光诱导反应
a.光聚合反应（二聚作用）
b.光裂解反应
四. 制备方法
i. 诱导法：即用设计好的半抗原，通过间隔链与载体蛋白 （例如牛血清白蛋白等）偶联制成抗原，然后采用标准 的单克隆抗体来制备、分离、筛选抗体酶。
自我剪接ribozyme：包含剪切与连接两个步骤。
几种能进行自我剪切的RNA结构
3．催化分子间反应的ribozyme的分类
如：L-19IVS具有5种酶活性，可催化多种分 子间反应。
三．Ribozyme研究进展与展望
对各种已知ribozyme结构与功能关系的研究。可找出其 结构功能域和必需基团，据此可进行分子改造，以获得 分子更小的、高效的ribozyme
连接酶活性 金属螯合酶活性 磷酸酯酶活性
生物学意义
第二节结束
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第三节 抗体酶
一. 概念 是一种具有催化功能的抗体分子，在其可变 区赋予了酶的属性。
二. 抗体酶概述
酶与抗体的差别：酶是能与反应过渡态选择结合
核酶名词解释
核酶名词解释核酶（RNA酶）是一类能够催化核酸分子的降解、合成以及修复等生物学反应的酶类。
核酶可以将核酸分子加水分解为较小的核苷酸单元，也可以通过连接核苷酸单元形成新的核酸链。
核酶在细胞内起到重要的调控作用，参与基因表达、RNA修饰、病毒拟拟的以及其他生物过程。
核酶按其功能可分为多个亚类，其中一些重要的亚类包括：1.核外酶（exoribonucleases）：核外酶能够将多核苷酸链的末端加水分解，从而将核酸降解为较短的片段。
这些酶在细胞碎裂或凋亡等过程中起到关键作用，并参与RNA质己检测和降解等关键生物过程。
2.核内酶（endoribonucleases）：核内酶参与核酸修复、RNA间断修复以及基因表达调控等生物过程。
这些酶能够识别和催化单链核酸或双链核酸的切割，从而产生特定的RNA片段或修复RNA分子。
3.转录酶（transcriptases）：转录酶是一类能够合成RNA链的核酶。
在转录过程中，转录酶能够识别DNA模板链的碱基序列，并通过与适应性互补的核苷酸单元进行配对和连接，合成与DNA模板链相互互补的RNA链。
4.修饰酶（Modifier enzymes）：修饰酶是一类催化RNA修饰反应的核酶。
RNA修饰包括核碱基的化学修饰、RNA链的修饰以及RNA结构的调节等。
修饰酶可以对RNA分子上的特定碱基进行化学修饰，从而调节RNA的功能、稳定性以及相互作用等。
核酶不仅在生物体内起到重要的生理调控作用，还被广泛应用于分子生物学、生物技术以及医学等领域。
通过研究和应用核酶，科学家们可以更好地理解细胞内的基因调控机制、RNA 修饰以及疾病的发生机制，并开发出针对核酸分子的药物和诊断方法。
抗体酶与核酸酶的名词解释
抗体酶与核酸酶的名词解释介绍：在生物学领域中，抗体酶与核酸酶是两个重要的概念。
它们分别代表了抗体与核酸相关的酶活性。
本文将对抗体酶和核酸酶进行详细解释，并探讨它们在生物学中的作用和应用。
一、抗体酶（Antibody Enzyme）抗体酶是将抗体与酶活性结合的一种融合蛋白质。
它的独特结构使其能够同时具备免疫识别和酶活性两种功能。
通常，抗体酶由通过基因工程技术构建的单克隆抗体与酶分子相结合而成。
抗体酶的作用：抗体酶在生物学研究、医学诊断和治疗等领域具有重要应用。
首先，它可以用于免疫组织化学分析，通过特异性抗体的结合，检测与某种蛋白质或细胞相关的特定抗原。
其次，抗体酶还广泛应用于免疫诊断试剂盒中，如妊娠试纸、艾滋病病毒检测试剂等。
此外，抗体酶对于治疗肿瘤和炎症疾病等方面也有很大作用。
二、核酸酶（Nuclease）核酸酶是一类能够分解核酸分子的酶，主要包括DNase（脱氧核酸酶）和RNase（核糖核酸酶）两种。
核酸酶能够加速酶解核酸链的过程，并参与核酸代谢和细胞生命周期的调控。
DNase的作用：DNase主要作用于DNA分子，能够在酶解作用下使DNA链断裂。
在细胞凋亡（细胞程序性死亡）过程中，DNase起到关键作用，它能够将DNA分子断裂成较小的片段，进一步促使细胞死亡。
此外，DNase还在DNA修复和DNA重组等生物过程中发挥重要作用。
RNase的作用：RNase主要作用于RNA分子，它能够酶解RNA链，从而控制RNA在细胞内的代谢。
RNase在维持基因表达平衡、调节蛋白合成等方面发挥着重要作用。
另外，RNase还参与RNA降解、RNA修复和基因调控等生物过程。
抗体酶与核酸酶的应用抗体酶与核酸酶不仅在生物学研究中发挥作用，还在医学诊断和治疗中得到广泛应用。
1. 生物学研究中的应用抗体酶可以通过免疫组织化学、免疫印迹等技术，用于鉴定和定位特定蛋白质或细胞上的抗原。
核酸酶在基因表达和调控研究中也起到关键作用，通过核酸酶酶切，可以获取特定片段的DNA或RNA，进行进一步的分析。
第八章 核酶和抗体酶 PPT课件
一、 抗体酶概述
概念
• 是一种具有催化功能的免疫球蛋白(抗体分子)， 在其可变区赋予了酶的属性，属于化学人工酶
酶与抗体的差别
酶是能与反应过渡态选择结合的催化性物质，抗 体是和基态分子结合的非催化性物质
二、 抗体酶的催化反应
1、酰基转移反应
二、 抗体酶的催化反应
2、重排反应
二、 抗体酶的催化反应
Thomas Cech University of Colorado at Boulder, USA
一、核酶的发现
1983年美国S.Altman等研究RNaseP（由20%蛋 白质和80%的RNA组成），发现RNaseP中的RNA可 催化E. coli tRNA的前体加工
Sidney Altman Yale University New
这类RNA进行自 身催化的反应是只切 不接。
特点：在 Mg 2+ 或其 他二价金属离子存在 下，在特定的位点， 自我剪切，产生5’OH 和2’，3’-环磷酸 二酯末端。
核酶自身剪切反应
锤头型核酶的二级结构 和空间立体结构示意图
三个双螺旋区 13个核苷酸残基保 守序列
剪切反应在右上方 GUX序列的3’端自 动发生
3、氧化还原反应
二、 抗体酶的催化反应
4、金属螯和合反应
二、 抗体酶的催化反应
5、磷酸酯水解反应
二、 抗体酶的催化反应
6、磷酸酯闭环反应
二、 抗体酶的催化反应
7、光诱导反应
a. 光聚合反应（二聚作用）
二、 抗体酶的催化反应
7、光诱导反应
b. 光裂解反应
三、 抗体酶的制备方法
1、拷贝法 2、引入法
I型内含子
根 剪接型核酶
第四节 核酶、抗体酶、同功酶、酶工程
2. 生物酶工程
酶学和DNA重组技术相结合。
基因工程技术大量生产克隆酶 基因定点突变，获得遗传修饰酶
设计新酶基因，合成优质酶
Fig.2-42 Schematic illustration of DNA cloning.
天然存在的酶。
指当细胞加入特定诱导物后诱导产生 的酶。诱导物一般是底物或其类似物。
例：大肠杆菌-半乳糖苷酶的诱导生成
去掉
-半乳糖苷酶 （ g ）
诱导物
加入
诱导物
细菌蛋白总量（g）
Fig.3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ28 -半乳糖苷酶的诱导生成
五、 酶工程
（一）酶在工业、农业、医药及科学研究中的巨大作用
工业：淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、凝乳酶等。 农业：淀粉酶、纤维素酶、果胶酶等 医药：血清GPT、GOT; 乳酸脱氢酶H4、 M4
抗原结合部位 重链（H） 轻链（L） 铰链区 V：可变区 C：恒定区 Fc：基部片断 Fab: 臂片断（抗原结合片断）
免疫球蛋白（抗体）的结构
抗体酶本质上是抗体，但在可变区具有酶活性，所以称为 抗体酶。
磷酸吡哆醛
（a）半抗原-载体蛋白 （b）抗体酶催化的氨基转移反应
羟酯
环状过渡态
内酯
环状磷酸酯
第四节
核酶、抗体酶、 同工酶、酶工程
一、核酶（ ribozyme）
• 定义： 化学本质为RNA的酶。它具有识别和转化单链
RNA的能力。
例：L19RNA 1982， Cech 等，研究四膜虫rRNA 前体的成熟。 L19RNA —395个核苷酸构成的线状 RNA分子
外显子 鸟苷
内含子
核酶的名词解释
核酶的催化作用及应用领域核酶是一种具有催化功能的 RNA，属于生物催化剂，可降解特异的 mRNA 序列。
核酶可通过催化靶位点 RNA 链中磷酸二酯键的断裂，特异性地剪切底物 RNA 分子，从而阻断靶基因的表达。
核酶一词用于描述具有催化活性的 RNA，即化学本质是核糖核酸 (RNA)。
核酶的作用底物可以是不同的分子，有些作用底物就是同一 RNA 分子中的某些部位。
核酶的功能很多，有的能够切割 RNA，有的能够切割 DNA，有些还具有 RNA 连接酶、磷酸酶等活性。
核酶是一种具有催化功能的 RNA，属于生物催化剂，可降解特异的 mRNA 序列。
核酶可通过催化靶位点 RNA 链中磷酸二酯键的断裂，特异性地剪切底物 RNA 分子，从而阻断靶基因的表达。
核酶一词用于描述具有催化活性的 RNA，即化学本质是核糖核酸 (RNA)。
核酶的作用底物可以是不同的分子，有些作用底物就是同一 RNA 分子中的某些部位。
核酶的催化作用机制是通过 RNA 结构的折叠来实现的。
核酶的RNA 结构具有特定的折叠形式，使其能够特异性地识别并剪切底物RNA 分子。
在核酶的催化作用下，底物 RNA 分子中的磷酸二酯键被断裂，从而将底物 RNA 分子降解。
核酶在自然界中扮演着重要的角色，它们在基因调控、细胞凋亡、病毒复制等方面发挥着重要的作用。
近年来，随着技术的不断发展，人们已经可以通过 RNA 干扰 (RNA interference,RNAi) 的方式来调控基因表达。
RNAi 是一种新兴的技术，可以用于研究基因功能和治疗疾病。
在 RNAi 技术中，核酶也扮演着重要的角色，它们可以促进 RNA 的降解，从而阻断基因表达。
核酶在生物医学研究中的应用非常广泛，包括基因治疗、基因调控、细胞凋亡等方面。
此外，核酶还可以用于制造新的药物，以治疗各种疾病。
例如，研究人员可以利用核酶的特性，制造一种新的药物，来阻断病毒的复制，从而治疗病毒感染。
总结起来，核酶作为一种具有催化功能的 RNA，在生物医学研究和应用领域中发挥着重要的作用。
酶的命名和分类
酶的催化作用特性
酶促反应遵循米氏动力学方程
酶分子的结构 酶与底物分子之间的相互作用 酶与底物分子之间的定向效应 酶与反应过渡态的结合作用 酶与底物的手性选择性结合作用
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与酶催化特性有关的因素
（一）酶分子的结构
酶的活性中心 结合部位：专一性 空间形状和氨基酸残基组成上，利于酶－底物复合物的形成。 催化部位：高效性 与结合部位重叠或非常靠近； 含有多种具有活性侧链的氨基酸残基； 有的含有辅酶或金属离子； 激活底物或降低过渡态活化能。
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影响酶作用的因素
1) 温度对酶作用的影响
酶的最适温度（optimum temperature, Tm） 在一定范围内，反应速度达到最大时的温度称为酶的最适温度（optimum temperature, Tm）。 最适温度不是酶的特征物理常数。
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pH对酶作用的影响
辅酶和辅基的作用特点
（一）辅酶和辅基
（一）辅酶和辅基
辅酶和维生素 大多数辅酶或辅基的前体是维生素，主要是水溶性B族维生素。
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（二）酶分子中的金属离子
金属酶（mentalloenzymes)，如SOD 1） 酶蛋白与金属离子结合紧密 2）过渡金属离子：如Fe2+/Fe3+,Cu2+/Cu+， Zn2+，Mn2+等 3）通过配位健与氨基酸残基侧链基团相连 或作为酶的辅助因子 金属激活酶（metal-actived enzymes) 1）结合较松散 2）碱金属离子或碱土金属离子，如K+,Na+,Mg2+,Ca2+等
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4.5 酶的抑制剂与药物分子设计
week-6-抗体酶 核酶 极端酶
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 理论， 年预言： 根据 理论 于1969年预言 到对应某反应过渡态的抗体，将其加入该反应体系中， 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。 观测到这个抗体对该反应的催化效应。 也即：抗体若能与某化学反应的过渡态结合， 也即：抗体若能与某化学反应的过渡态结合，则这样的抗 体必也能像酶一样，使其活化能降低， 体必也能像酶一样，使其活化能降低，从而帮助大量反应物 分子跨越能障，达到加速反应的目的。 分子跨越能障，达到加速反应的目的。 抗体一旦能与过渡态相结合， 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，即在温和条件下高效专属地催化学反应。 性质，即在温和条件下高效专属地催化学反应。
抗体酶的作用机制
如果以激发态的分子为半抗原激发免疫系统产生抗体 ,那 么这种抗体就可能像酶一样催化经过此过渡态的化学反应。 么这种抗体就可能像酶一样催化经过此过渡态的化学反应。 由于在实践中很难获得反应的过渡态， 由于在实践中很难获得反应的过渡态，激发态的过渡态分 子不可能作为抗原来产生抗体， 子不可能作为抗原来产生抗体，所以对某一特定的酶催化的 化学反应, 可以合成一种稳定态分子,它在带电性能, 化学反应, 可以合成一种稳定态分子,它在带电性能,几何形 状与反应过渡态分子结构类似。 状与反应过渡态分子结构类似。这种稳定态分子即为过渡态 类似物。 类似物。 设计和制备稳定的过渡态类似物， 设计和制备稳定的过渡态类似物，以此代替反应的过渡态 作为半抗原诱导产生抗体， 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， 程的真正过渡态，该抗体具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。这就是我们所称的抗体酶。 成为一种具有酶活性的抗体。这就是我们所称的抗体酶。
抗体酶名词解释
抗体酶名词解释抗体酶是一种将抗体和酶分子结合在一起的生物分子，具有抗体和酶双重功能。
抗体酶通常是通过将酶与抗体质粘H合成的人工分子，也可以通过基因工程技术或化学方法制备得到。
抗体酶的结构包括抗体分子的Fc区和酶分子。
Fc区是抗体分子中一段特定序列，可与酶分子结合，使酶与抗体形成复合物。
酶分子通常是具有特定催化功能的酶，如酶能催化底物的转化，从而实现对某种物质的检测或者催化反应。
抗体酶通过结合抗体的特异性与酶的高效催化能力，可以在生物学实验、诊断试剂和治疗药物等方面发挥重要作用。
抗体酶通常用于免疫学研究中的抗原检测和细胞分析。
在抗原检测中，抗体酶可以用于检测细胞表面的特定抗原蛋白，从而了解细胞表达的情况。
在细胞分析中，抗体酶可以标记细胞表面的抗原蛋白，从而使细胞可见，便于定量和分析。
抗体酶还广泛应用于生物医药领域，如癌症诊断和治疗、药物研发等。
通过将抗体酶与荧光标记物或放射性同位素结合，可以使肿瘤细胞或病原体在体内可见，做到早期诊断和定位治疗。
抗体酶的制备方法有多种，常见的方法包括化学交联法、酶底物响应法和基因工程技术。
化学交联法是将活化的酶分子与抗体分子进行交联，使抗体和酶分子结合在一起。
酶底物响应法是将酶与抗体分子激活，使其能结合在一起。
基因工程技术是通过改变抗体或酶的基因序列，使其能够在细胞内高效表达，并在生物体内制备抗体酶。
未来，抗体酶可能在生物医学领域的诊断和治疗中发挥越来越重要的作用。
随着分子生物学和基因工程技术的不断发展，抗体酶的研究将进一步深入，拓宽其应用范围。
同时，还将不断改进抗体酶的制备方法和结构设计，提高其稳定性和选择性，以满足不同应用领域的需求。
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内含子
Ⅰ
型
5'外显子
5'
U pA
3'外显子
G pU
3'
内
第一次转酯反应
含
pG-OH
子
pGpA
的 5'
UOH
G pU
3'
自
我
第二次转酯反应
剪
5' pGpA
接
5'
U pU
3'
GOH 3'
I类内含子催化其他RNA分子 反应的几种类型
1、转核苷酸作用
2CpCpCpCpC CpCpCpCpCpC+CpCpCpC
• 这两个位点对于剪接是十分重要的，一旦发 生突变无论在体内还是在体外，会抑制剪接。
• 此法则几乎适合于所有真核生物的核基因， 这意味着它们切除内含子的机制是相同的， 但不适用于Ⅰ类内含子。
RNA的催化功能
• 核酶首先是美国 Colorado 大学Cech在研 究四膜虫rRNA剪接机制时发现的。
–一方面证明了四膜虫rRNA的剪接机制； –另一方面证明了L-19 分子的催化活性。
四膜虫rRNA内含子 ---Ⅰ型内含子
I型内含子的结构特点
1、拼接点序列为 5U··· ···G3
2、中部核心结构 3、内部引导序列 4、剪接通过转酯反应进行
引导序列
保守序列 G结合位点
剪接部位
Ⅰ型内含子二级结构通式
内部引导序列
• 内含子中可与外显子配对的序列称为内部引导序列 • 其作用是决定剪接的专一性。
+ 外显子1 外显子2 内含子1
•剪接产物通过凝胶电泳见到: rRNA前体 + + + + 核抽取物 - + - + GTP - + + -
rRNA前体 剪接后的外显子
环状内含子 线状内含子
蛋白质不是剪 接必需的成分!
需要鸟苷酸 (GMP, GDP, GTP)或鸟苷
重大发现（2）
• 1983年，Sidney Altman和他的研 究组也在《CELL》上发表了论文 《核糖核酸酶P的RNA部分是该酶 的催化活性亚单元》
切赫 (Thomas Robert Cech)
阿尔特曼 (SidneyAhman)
核酶
• 具有催化功能的RNA称为核酶 (ribozyme，Rz)
• 具有催化功能的DNA称为脱氧核酶 (deoxyribozyme，DRz)
二者统称核酶(nucleozyme)
核酶的功能很多，有的能够切割 RNA， 有的能够切割DNA，有些还 具有RNA 连接酶、磷酸酶等活性。
mRNA
mt mRNA 蛋白质合成模板
转运RNA
tRNA
mt tRNA 转运氨基酸
核内不均一RNA HnRNA
成熟mRNA的前体
核内小RNA
SnRNA
参与hnRNA的剪接、转运
核仁小RNA
SnoRNA
rRNA的加工、修饰
胞浆小RNA scRNA/7SL-RNA
蛋白质内质网定位合成 的信号识别体的组分
中心法则
遗传信息复制
遗传信息转换
遗传信息 最终表达
蛋白质合成时形成的复合体
卸载了氨基酸的tRNA
氨基酸
肽链 N-末端
退位
E位
A位
核糖体大亚基
5'
核糖体小亚基
P位
携带了氨基酸的tRNA
进位
核蛋白体移动方向 3'
mRNA
中心法则
原核细胞
DNA
mRNA
蛋白
转录
翻译
真核细胞
细胞质
细胞核
外显子
内含子
生。
发夹（hairpin ）结构
• 1989年汉普（Hample）研究烟草环斑病毒 （sTRSV）的负链RNA的自我剪切反应，提 出发夹结构（hairpin structure）模型。
• 发夹核酶催化机制：金属离子在催化反应 中起结构作用，其剪切活性比锤头结构核 酶高。
发夹二级结构模型
• 当发夹核酶 与底物结合 时，其二级 结构包括5 个环和4个 螺旋。
2、水解作用
CpCpCpCpC CpCpCpC + pC
3、转磷酸作用
CpCpCpCpCpCp+UpCpU
CpCpCpCpCpC + UpCpUp
4、去磷酸作用
CpCpCpCpCp CpCpCpCpC +Pi
5、限制性内切酶作用
CpUpCpUpN +G CpUpCpU +GpN
II型内含子(group II intron)
2、异体催化剪切型
• 核糖核酸酶P(RNaseP)是内切核酸酶，是 核糖核蛋白体复合物，能剪切所有tRNA前 体的5‘端，除去多余的序列，形成3’OH 和 5’-磷酸末端
RNaseP由M1RNA和蛋白质亚基组成
剪切位点
剪切位点
RNase P底物的二 级结构模型
边界顺序
• Chambon等分析比较了大量结构基因的内含子切割位点， 发现有2个特点：
自体催化 异体催化
剪接型核酶
• 剪接型核酶的作用机制是通过既剪又 接的方式除去内含子 –具有核酸内切酶和连接酶两种活性 如： • I类内含子 • II类内含子
Ⅰ型内含子
• Ⅰ型自我剪接内含子在线粒体基因 组中发现，也存在于极少数单细胞 真核生物的核基因组中。
一类具有酶催化功能的内含子, 转录成RNA后，可以自我剪接。
（Ribozyme)
知识回顾
核 脱氧核糖核酸（DNA） 酸 核糖核酸（RNA）
所有生物的遗传物质是：
绝大多数生物：DNA 部分病毒：RNA
核酸的组成
DNA
RNA
核酸的结构
DNA
DNA
RNA的种类、分布、功能
细胞核和胞液 线粒体 功
能
核蛋白体RNA rRNA
mt rRNA 核蛋白体组分
信使RNA
• 核酶的发现给人们以启示 • RNA、DNA分子不但有复制的功能，含有
复制的信息，而且还有催化的功能。
核酸既是信息分子，又是功能分子。
先有RNA、蛋白质还是DNA？
生命是自我复制的体系
• 三种生物大分子，只有RNA既具有信息 载体功能又具有酶的催化功能。
HDV核酶的斧头结构
基因组的负链
保守氨基 酸序列
反基因的正链
剪切部剪位切部位
链孢霉线粒体（VS）核酶
• VS核酶球状，由5个螺旋结构组成， 这些螺旋结构通过两个连接域连接 起来，这些连接域对于催化反应很 重要。
VS核酶的二级结构
I是底物区
II—VI是催化区
连接域
A730环上的A756功能基团非常重 要，目前认为是酶的活性中心。
核酶研究的意义
• 对传统酶学的挑战 • 揭示了内含子自我剪接的奥秘，促进了
RNA的研究 • 为生命的起源和分子进化提供了新的依据 • 利用核酶的结构设计合成人工核酶
突破了“酶是蛋白质”的传统概 念
现代的酶定义：酶由生物体内活细胞产 生的、具有催化功能的生物大分子。
核酶的发现是对传统酶学的挑战
为生命的起源和分子进化提供了新的依据
解决方法1
为防止少量酶含在其中造成假象 大量的SDS-酚来抽提以较彻底地脱蛋白 或用蛋白酶来处理
• 结果仍然可以自主剪接
解决方法2
重组DNA
将四膜虫rRNA基因中 413bp与其两翼的序列
进行分子克隆
转录出相应RNA SDS-酚抽提
结论 电泳检测
四膜虫rRNA前体自我剪接的发现
外显子1 内含子1 外显子2
• (1)与mRNA相互作用 • (2)与tRNA相互作用 • (3)在核糖体大小亚基联合中的作用 • (4)rRNA参与催化肽键形成
脱氧核酶
• 脱氧核酶具有催化活性的单链DNA片段。
单链DNA由于没有2′羟基，其催化潜 能大大降低，自然界中就没有发现催 化性DNA的存在。
人们利用体外筛选的方法，已经获得 了一些具有催化功能及其他一些功能 的DNA分子。
• 分布：在绿色植物、真菌等真核生物的 mRNA、tRNA和rRNA基因中
• 区别：由内含子3’端腺苷酸2’-羟基攻 击5’磷酸基引起
• 内含子形成套索（lariat)结构，被切除
Ⅱ类内含子二级结构模式
Ⅱ类内含子有一个保守的二级 结构： • 结构域Ⅰ：两个保守内含子结 构序列EBS1,EBS2与两个外显 子结构序列IBS1,IBS2互相配 对。 • 结构域Ⅴ：高度保守，催化活 性必需。 • 结构域Ⅵ：未配对的A， 提供 2‘-OH
L-19IVS是四膜虫35S rRNA剪接的最终 产物，仍具有酶的活性和特征。
rRNA
四 膜 虫 前 体 自 我 剪 接 反 应
G-OH
内含子(413nt)
外显子 A
5’
P
外显子 B -P
P-
OH-
水解
L-15 IVS
G- P
-P
+
-OH
-P +
+ 4nt
环状 IVS 395nt
水解
G- P
-OH
催化反应是在没有任何蛋白质酶的 存在下发生的，称为自我剪接。
四膜虫rRNA前体的自我剪接
rRNA的自我剪接(2)
• 释放出的线形内含子序列再经过两次 连续的转酯反应，释放出15核苷酸和 4核苷酸的两个小片段，最终形成稳定 的线形产物L-19IVS。
自我剪接催化过程需要鸟苷酸 或鸟苷以及镁离子参与。
酶的生物大分子都是蛋白质。
重大发现（1）
• 1982年，Thomas R.Cech的研究组在 《CELL》上发表了题为《自我剪接RNA： 嗜热四膜虫核糖体RNA插入序列的自我 切除和自我环化》