核酶和抗体酶
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。
酶 答案
第四章 酶一、名词解释1．酶：是生物体内一类具有催化活性和特定空间构象的生物大分子，包括蛋白质和核酸。
2．酶的专一性：一种酶只作用于一类化合物或一定的化学键，以促进一定的化学变化，生成一定的产物。
这种现象称为酶的专一性或称酶的特异性。
3．酶的活性中心：或称活性部位。
指酶分子中直接和底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位。
4．2.抗体酶（abzyme ）：是一种具有催化能力的蛋白质，其本质上是免疫球蛋白，但是在易变区被赋予了酶的属性，所以又称为“催化型抗体”。
5．米氏方程：6．激活剂：使酶活性增加的物质称为激活剂。
7．酶活力：也称为酶活性，是指酶催化一定化学反应的能力。
8．米氏常数Km ：酶的特征常数，其含义是酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。
9．可逆抑制作用：抑制剂常以非共价键与酶可逆结合，使酶活性降低或丧失。
可以用透析或超滤等物理方法去除，这种抑制作用称可逆抑制作用。
10．不可逆抑制作用：抑制剂常以共价键与酶活性中心上的必需基团相结合，抑制剂与酶的结合牢固不能用透析或超滤等物理方法去除，这种抑制作用称不可逆抑制作用。
11．变构酶：除具有酶的活性中心外，还具有与调节物结合的调节中心的寡聚酶称为变构酶。
12．同工酶：指催化相同化学反应，而酶蛋白的分子结构、理化性质不同的一组酶。
13．单体酶：只有一条多肽链的酶。
14．寡聚酶：由几条或几十条相同或不同的多肽链亚基以非共价键结合的酶。
15．多酶复合体：由几种功能相关的酶彼此嵌合形成复合体。
16．核酶：化学本质为RNA 的酶。
17．酶的活力单位：单位时间内转化单位物质的量的底物所需要的酶量。
18．比活力：指每单位质量样品中的酶活力。
19. 诱导酶（inducenzyme ）是细胞内在正常状态下一类很少存在或没有的酶，当细胞中因加入了诱导物后而被诱导产生的酶，它的含量在诱导物存在下显著增高，这种诱导物往往是该酶底物的类似物或底物本身。
20. 全酶；即蛋白质部分和非蛋白质部分（辅助因子）。
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。
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
核酶和抗体酶2
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 - + + -
分子酶学名词解释简答
分子酶学复习重点1 剪接型核酶:定义：指RNA分子被磷酸二酯酶切割后，伴随着形成新的磷酸二酯键，即磷酸二酯键的转移反应或称转酯反应。
2 剪切型核酶: 这类核酶的作用是只剪不接，催化自身RNA或不同的RNA分子，切下特异行核苷酸序列。
3 探针酶：既保持高度的反应性，又能在DNA中任意选定的区域内进行切割的酶。
实质是核酸内切酶，由两部分组成，第一部分叫做切割系统，为核酸切割试剂或酶，第二部分叫做识别系统，可以识别核酸底物的特定核苷酸序列。
4 人工酶：人工合成的具有催化活性的蛋白质或多肽。
5 模拟酶：利用有机化学合成的一些比酶结构简单得多但具有催化功能的非蛋白质分子。
6 抗体酶：又称催化抗体，是一类具有催化能力的免疫球蛋白，即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，它既具有相应的免疫活性，又能像酶那样催化化学反应。
7 克隆酶：基因工程将某种酶基因导入宿主细胞中大量表达其产物为克隆酶，即用基因工程技术生产的酶。
8 突变酶：用基因定位突变技术修饰天然酶基因，然后用基因工程技术生产该突变基因的酶，被称为突变酶。
9 酶活力（enzyme activity）也称为酶活性，是指酶催化一定化学反应的能力。
10 酶的比活力：单位质量样品中的酶活力；1mg蛋白质中所含的U数；1Kg蛋白质中所含的Kat数。
11 酶的转换数（K cat）：当酶被底物饱和时每秒钟每个酶分子所转换底物分子数，又叫转换数（简称TN）, Kcat可以用来衡量酶的催化效率，越大效率越高。
12 亲和标记：利用酶对S的特殊亲和力，将酶加以修饰标记，故称之为亲和标记。
13差别修饰法（差别标记）：这种方法是非特异性试剂标记法的一个发展。
它利用竞争性抑制剂或底物预先占据活性中心，使非特异性试剂只修饰活性中心以外的基团，然后透析除去保护剂（即竞争性抑制剂或底物），再用同位素标记的非特异性试剂修饰活性中心的基团。
经氨基酸分析可知哪些基团位于活性中心。
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
大肠杆菌得4、5sRNA前体可被RNA亚基剪切,但如 果当蛋白质亚基存在时,则剪接速度可加快几百倍以上。 另外,RNA亚基对3’端带CCA顺序得前体tRNA比对3’ 端CCA顺序缺失得前体tRNA得裂解效率更高,但当有 蛋白质亚基存在时,则剪接这两类前体tRNA得效率几 乎相同,这说明蛋白质亚基决定着RNaseP全酶对不同 底物得剪接效率,可能对RNA亚基功能起着某种调控 作用。
DNA就是双股核酸,而且其分子量非常巨大, 因此无法自由卷绕成特定构象,都只就是形成 长长得双螺旋结构。
1982年,切赫(Cech)发 现四膜虫前体rRNA得自我剪接
1983年,阿尔特曼(Altman)发现核 糖核酸酶P得RNA部分具有催化能力。
1989年,二者获得诺贝尔化学奖
一、切赫:四膜虫rRNA前体得自我剪接实验
又如,白血病就是造血系统得恶性肿瘤,目前尚缺少有效得治 疗方法。核酶得发现,尤其就是锤头状核酶,为白血病得基 因治疗带来了新得希望。近些年,在国外得一些国家已经在 小白鼠体内得到较好得效果。
基因工程中得工具酶
基因工程中得工具酶: ------主要包括用于DNA和RNA分子得切割、连接、
聚合、逆转录等相关得各种酶类。
第八章核酶和抗体酶
RNA
碱基配对原则:
A —— U(T) G —— C
至于RNA得分子结构,就其化学组成上看,也就是由四种核苷 酸组成得多聚体。她与DNA得不同,
首先在于以U代替了T,其次就是用核糖代替了脱氧核糖,
此外,还有一个重要得不同点,就就是绝大部分RNA以单链形式 存在,但可以折叠起来形成若干双链区域。在这些区域内,凡互 补得碱基对间可以形成氢键(图)。但有一些以RNA为遗传物质 得动物病毒含有双链RNA。
酶
酶（一）一、名词解释1.Ribozyme:核酶，具有催化功能的RNA2.Holoenzyme：全酶脱辅酶(apoenzyme)和辅因子（cofactor）结合形成的复合物3.Abzyme:抗体酶，又称catalytic antibody（催化性抗体），同时具有抗体的高度选择性和酶的高度催化效率。
4.Collision theory:碰撞理论，分子必须经过碰撞才能发生反应，且只有处于活化态的分子才能在分子碰撞中发生化学反应。
5.Substrate:底物，酶促反应的反应物6.Proximity effect:邻近效应，双分子酶促反应中两个底物分子被束缚在酶分子表面而彼此接近7.Orientation effect:定向效应，两个底物的反应基团之间和底物反应基团与酶催化基团之间的正确定位取向8.Transition state theory:过渡态理论，化学反应不仅需要碰撞而且必须经过一个短暂的过渡态或活化复合物（activated complex）才能形成产物9.Kinetics of enzyme-catalyzed reactions:酶促反应动力学研究酶促反应的速率以及影响此速率的各种因素的科学10.Turnover number:转化量，酶促反应中底物在酶上的转化量，11.Inactivation:失活作用，所有可使酶蛋白变性而引起酶活力丧失的作用12.Inhibition:抑制作用，由于酶的必需基团化学性质变化，但酶未变性而引起的酶活力降低或丧失13.Absolute specificity:绝对专一性，有些酶只作用于一种底物，例如：脲酶只水解尿素；碳酸酐酶只作用于碳酸14.Relative specificity:相对专一性，一些酶可作用于一类结构相似的底物，具有相对专一性的酶作用于底物时对键两端的基团要求程度不同，对一个要求严格另一个要求不严格，这种专一性称：基团专一性15.Stereospecificity:立体异构专一性，当底物具有立体异构时，酶只能作用于其中一种16.Specific activity:酶的比活力，代表酶的纯度，用每mg蛋白质所含有的酶活力单位数表示17.Enzyme engineering:酶工程，一项研究酶的生产、纯化、固定化技术，酶分子结构的修饰改造以及在农业、医药卫生和理论研究等方面的应用的新技术二、简答题1.请用稳态模型推导米氏方程：上册课本p247---2502.PH影响酶活力的可能原因有哪些？答：过酸过碱使酶的空间结构破坏，引起酶构象改变而失活PH影响底物的解离状态，或者使底物不能与酶结合或者使底物与酶结合后不能生成产物PH影响酶分子活性部位上有关基团的解离，从而影响与底物的结合或催化PH可能影响中间产物ES的解离状态，不利于产物生成PH影响维持酶分子空间结构的有关基团的解离从而影响酶活性部位的构象，进而影响其活性。
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
名词解释
三、名词解释：1.限制性核酸内切酶: 能识别特定的核苷酸顺序，并从特定位点水解核酸的内切酶称为限制性核酸内切酶（限制酶）2.遗传密码：mRNA分子中每三个相邻的核苷酸组成一组，在蛋白质翻译合成时代表一个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体称为遗传密码3.核酸的一级结构：核酸的一级结构是指组成核酸的核苷酸之间的连接方式及排列顺序。
4.增色效应：指与天然DNA相比，变性DNA因其双螺旋破坏，使碱基充分外露，因此紫外吸收增加，这种现象叫增色效应。
5.Tm 值：加热DNA溶液，使其对260nm紫外光的吸收度增加，达到其最大值一半时的温度，就是DNA的变性温度（解链温度，Tm）。
6.核酸的变性：在理化因素作用下，核酸双螺旋的两条互补链松散而分开成为单链，从而导致核酸的理化性质及生物学性质发生改变，这种现象称为核酸的变性。
7.核酶：具有自身催化作用的RNA称为核酶8.核酸分子杂交：两条来源不同的单链核酸（DNA或RNA），只要它们有大致相同的互补碱基顺序，经退火处理即可复性，形成新的杂种双螺旋，这一现象称为核酸的分子杂交。
四、简答题1 ．答：DNA 双螺旋结构模型的要点是：（ 1 ） DNA 是一反向平行的双链结构，脱氧核糖基和磷酸基骨架位于双链的外侧，碱基位于内侧，两条链的碱基之间以氢键相接触。
腺嘌呤始终与胸腺嘧啶配对存在，形成两个氢键（ A＝T ），鸟嘌呤始终与胞嘧啶配对存在，形成三个氢键（G≡C ）。
碱基平面与线性分子结构的长轴相垂直。
一条链的走向是5'→3' ，另一条链的走向就一定是3'→5' 。
（2 ） DNA螺旋每旋转一周包含了 10 对碱基，每个碱基的旋转角度为36° 。
螺距为 3.4nm ，每个碱基平面之间的距离为 0.34nm 。
DNA 双螺旋分子存在一个大沟和一个小沟。
（3 ） DNA 双螺旋结构稳定的维系横向靠两条链间互补碱基的氢键维系，纵向则靠碱基平面间的疏水性堆积力维持。
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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02
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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01
02
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。
酶
目录
概念
研究各种因素对酶促反应速度的影响，并 加以定量的阐述。
影响因素包括有 酶浓度、底物浓度、pH、温度、
抑制剂、激活剂等。
※ 研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。
目录
一、底物浓度对酶反应速度的影响
研究前提
I.
II.
目录
一、 酶的化学化学本质与分子组成
酶化学本质分类：蛋白酶、核酶
单纯酶
(simple enzyme)
结合酶
(conjugated enzyme)
蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)
全酶 (holoenzyme) 辅助因子 (cofactor)
小分子有机化合物
金属离子
目录
酶的不同形式
单体酶(monomeric enzyme)：仅具有三级结 构的酶。 寡聚酶(oligomeric enzyme)：由多个相同或 不同亚基以非共价键连接组成的酶。 多酶体系(multienzyme system)：由几种不同 功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。
一种酶可有一个或多个活性中心。
目录
必需基团(essential group) 酶分子中氨基酸残
基侧链的化学基团中，
一些与酶活性密切相关 的化学基团；必需基团 也可来源于辅助因子。
目录
活性中心内的必需基团
结合基团 (binding group) 与底物相结合 活性中心外的必需基团 位于活性中心以外，维持酶活性中心应有 的空间构象所必需。
第 六 章
酶
Enzyme
目录
要 求
第一节：掌握 第二节：掌握 第三节：掌握 第四节：掌握 第五节：自学 第六节：掌握 第七节：自学
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内容
• 第一节 ribozyme • 第二节 脱氧核酶 • 第三节 抗体酶
第一节 ribozyme
• 一、ribozyme的发现 • 二．Ribozyme的种类 • 三．Ribozyme研究进展与展望
一、ribozyme的发现
• 80年代初期，美国科罗拉多大学博尔德分校的Thomas Cech和美国耶鲁大学的Sidnery Altan各自独立地发现RNA具 有生物催化功能.从而改变了生物催比剂的传统概念。
• 为此，T.Cech和S.Altman共同获得了1989年度诺贝尔化学 奖。
二．Ribozyme的种类
• 自然界存在催化分子内反应（incis）的ribozyme(自我剪接 型和自我剪切型)和催化分子间反应(in trans)的ribozyme。
1．自我剪接ribozyme分类
• 自我剪接ribozyme可分为两类：
• 缺点：具有一定的盲目性和偶然性，并且不能产生新酶。
拷贝法示意
五．研究展望
• 1． 研究酶作用机理，获得蛋白质结构与功能间关系的一 般规律。
• 2． 获得一类新型的蛋白酶。 • 3． 催化天然酶不能催化的反应。
第三节结束 酰基转移反应 重排反应
氧化还原反应
抗体酶的催化反应
金属螯和合反应 磷酸酯水解反应
• Ⅰ型IVS：均与四膜虫大核rRNA前体的IVS结构相似、催化自我剪接需 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。
研究热点：
• 从催化分子内反应的自我剪切ribozyme设计出催化分子间 反应的ribozyme.
• 点击看图
Ribozyme的固定化
• Ribozyme的固定化已成功，将在医学、工业上获得应用。 • 意义： • 对各种RNA-蛋白质复合物酶的分离鉴定，对许多具有特别
重要生物功能的RNA和蛋白质构成的颗粒体。在自然界将 会发现更多的具有自我剪接或自我剪切的RNA分子和以非 RNA为底物的ribozyme
第一节结束
Ribozyme的发现 Ribozyme的种类
T.Cech和S.Altman
分子内（incis）的ribozyme (自我剪接型和自我剪切型) 分子间 (in trans)的ribozyme
Ribozyme研究进展与展望
第一节结束
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第二节 脱氧核酶
• 一．概念 • 具有酶活性的DNA分子称为脱氧核酶
• 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
ii. 引入法
• 将催化基团或辅助因子引入到抗体的抗原结合部位，可采 用选择性化学修饰方法，亦可利用蛋白质工程和基因工程 技术
引入法
引入法举例
iii. 拷贝法
• 用酶作为抗原免疫动物得到抗酶的抗体，再将此抗体免疫 动物并进行单克隆化，获得单克隆的抗抗体。对抗抗体进 行筛选，应获得具有原来酶活性的抗体酶。
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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 的催化性物质，抗体是和基态分子结合的催化性 物质。
三. 抗体酶的催化反应
• 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。
利用过渡肽类似物制备抗体示意 图
脱氧核酶的结构
• Carmi等通过体外选择技术合成了一种依赖 Ca2+的具有自我切割功能的手枪型二级结构 脱氧核酶分子
三．脱氧核酶的催化特性
• 1．效率高 • 2．高度专一性 • 3．活性依赖金属离子 • 4．其它辅助因子
四．酶促反应动力学特征
• 1．PH值和温度对酶反应速率的影响 • 2．激活剂 • 3．酶浓度对酶反应速率的影响
磷酸酯闭环反应
光诱导反应
a.光聚合反应（二聚作用）
b.光裂解反应
制备方法
诱导法 引入法 拷贝法
五．生物学意义
• 三种脱氧核酶的活性： 连接酶概念 结构 催化特性
反应动力学特 征
效率高 高度专一性 活性依赖金属离子 辅助因子
PH值和温度对酶反应速率的影响 激活剂 酶浓度对酶反应速率的影响
生物学意义
连接酶活性 金属螯合酶活性 磷酸酯酶活性
第二节结束