抗体酶的综述

抗体酶的综述

摘要：催化抗体也叫抗体酶，是具有催化活性的免疫球蛋白，通过改变抗体中与抗原结合的微环境，并在适当的部位引入相应的催化基团，所产生的具有催化活性的抗体。高中的时候学生物时简单的理解抗体就是说把抗原打到动物体内，动物必定要产生一种物质消灭抗原叫抗体，这个抗体就是抗体酶，所谓抗体酶，说白了就是有催化活性的抗体。抗体酶自1986年研制成功以来,在生物学、化学、医学、制药等诸多学科中发挥着重要的作用,它开创了催化剂研究和生产的崭新领域.抗体酶的研究深化了对酶本质的认识,丰富了酶的种类,是酶学研究的一大

进步。

导言：抗体酶是具有催化活性的免疫球蛋白,它既具有抗体的高效选择性,又能像酶那样高效催化化学反应,开创了催化剂研究的崭新领域

正文：抗体酶是具有催化活性的免疫球蛋白,它既具有抗体的高效选择性,又能像酶那样高效催化化学反应,开创了催化剂研究的崭新领域.本文从抗体酶的作用机理、设计与制备、应用领域、存在的问题和研究展望等多个角度进行综述.抗

体酶或催化抗体是一种新型人工酶制剂，它是依据对酶分子催化反应机制的理解，结合免疫球蛋白的分子识别特性，应用免疫学、细胞生物学、化学和分子生物学等技术制备的具有高度底物专一性及特殊催化活力的新型催化抗体。

1946年，鲍林(Pauling)用过渡态理论阐明了酶催化的实质，即酶之所以具有催化活力是因为它能特异性结合并稳定化学反应的过渡态(底物激态)，从而降低反应能级。1969年杰奈克斯(Jencks)在过渡态理论的基础上猜想：若抗体能

结合反应的过渡态，理论上它则能够获得催化性质。

抗体酶的利用价值：

从抗体酶的实践看出，抗体酶是研究酶作用机理的有力工具。酶抑制剂的研究支持了Pauling过渡态理论，但它只能提供作用过程中结合专一性的信息，不能给出结合后发生催化反应以及结合与催化之间的关系。抗体酶实验则弥补了这一缺陷。除了基础理论研究的价值，抗体酶的应用前景也令人鼓舞。Lerner指出，若将催化水解反应的抗体酶研究深入下去，极有可能得到一种新型蛋白酶，这种抗体酶在医学上可用来专一破坏病毒蛋白质及清除体内“垃圾”。Lerner还提到，将具有立体专一性的抗体酶应用于制药工业，将有助于解决对映体拆分的难题。随着制备抗体酶新方法的不断发展，抗体酶的催化反应的范围将进一步拓宽特别是对那些天然酶不能催化的反应，则可研制抗体酶来进行催化。其次，抗体酶的研究，为人们提供了一条合理途径去设计适合于市场需要的蛋白质，即人为地设计制作酶。这是酶工程的一个全新领域。例如：利用动物免疫系统产生抗体

的高度专一性，可以得到一系列高度专一性的抗体酶，成为针对性强、药效高的药物，于是生产高纯度立体专一性的药物成为现实。又如：以某个生化反应的过渡态类似物来诱导免疫反应，产生特定抗体酶，以治疗某种酶先天性缺陷的遗传病。抗体酶还可有选择地使病毒外壳蛋白的肽键裂解，从而防止病毒与靶细胞结合。另外，抗体酶的固定化已获得成功，将大大地推进工业化进程。

抗体酶的制备方法

制备抗体酶的方法有拷贝法、引入法、诱导法、化学修饰法和基因工程法等，1、拷贝法

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。该法操作步骤简单，对于来源紧张的酶来说可用生产单克隆抗体的方法来大量生产，不足之处是这类抗体酶需要筛选，具有一定的盲目性。过程如下：

免疫动物→免疫动物并单克隆化→抗酶抗体→已知酶（抗原）

2、引入法

此法借助基因工程和蛋白质工程方法将催化基因引入到已有底物结合能力的抗体的抗原结合位点上。具体来说，可以采用寡核苷酸定点诱变技术将特定的氨基酸残基引入抗原结合部位使其获得催化功能，也可以采用选择性化学修饰的方法将人工合成的或天然存在的催化基因引入到抗原结合部位。例如：P.G.Schultz 等人使用可裂解亲和标记物将巯基的柄状亲和基团引入到抗2,4—二硝基苯酚（DNP）的单抗MOPC315的抗原结合位点，得到的抗体酶对含有DNP与香豆素的羧酸酯的水解反应催化效率高二硫苏糖醇6×10 倍。

具有原酶活性的抗体（抗体酶）→筛选→单克隆的抗抗体

3、诱导法

本法即用设计好的半抗原，通过间隔链与载体蛋白（如牛血清白蛋白等）偶联制成抗原，然后采用标准的单克隆技术制备、分离、筛选抗体酶。其中的半抗原也就是过渡态类似物。它是根据推测设计的，毕竟一般反应的过渡也只是理论推测，未在结构上予以阐明。过程如下：

载体蛋白→过渡态类似物（半抗原）→偶联体（抗原）→免疫动物并单克隆→抗体酶

抗体酶催化的反应

抗体酶可催化多种化学反应，包括水解反应、重排反应、氧化还原分应等。

1、水解反应

目前，抗体酶能够催化生物体内两类水解反应：酯水解和酰胺水解。

1.1、磷酸酯水解反应

磷酸酯键是自然界最稳定的键之一，它的水解是对抗体酶的挑战。Janda等利用

稳定的五配位氧代铼络合物A模拟RNA水解时形成的环形氧代正膦中间物，产

生了一种单抗G12，可以催化水解磷酸二酯键。它的催化速度常数（Kcat）

=1.53×10 s , 米氏常数(Km)=240μmol/L。

1.2、酰胺水解反应

蛋白质的水解均属于酰胺水解。B.L.Iverson等用CoⅢ—三乙烯酰胺—肽复合物作为半抗原，得到能特异性的切割Gly-Phe之间肽键的抗体酶。这意味着，随心所欲的切割肽段成为可能，蛋白质一级结构的测定将会变得十分简单。

2、重排反应

Claisen重排是有机化合物异构化的一种重要形式，生物体内一些化合物在光照下会发生Claisen重排。Jackson等研制的分支酸异构化抗体酶表现出高度的立体专一性，只能催化以（-）—分支酸为底物的反应，而对（+）—分支酸无作用, 其活化熵接近于零。这一研究表明抗体可以诱导底物的构象，呈现有利于重排的状态。Katherine等发现抗体酶1F7具有分支酸异构化催化活性，于是将该抗体的编码基因克隆，在缺乏分支酸异构酶的Saccharromyces cerevisiae 菌株中扩增表达，产生催化效率60%~70%的抗体酶。这一表达系统的成功研制使得运用基因工程手段对第一代抗体酶进行改造成为可能。

3、氧化还原反应

氧化还原反应在生物体内十分广泛，主要是呼吸链的一系列反应。在溶液中，氧化态黄素与还原态黄素的电位差是206mV。Shokat认为可以根据氧化态和还原态在形状上的不同（氧化态为平面状，还原态为曲面状）构制能与氧化态结合的抗体，通过特异性结合，使氧化态稳定，从而使标准还原电位差扩大。据此设想，Shokat制得了对氧化态Km=8mmol/L，对还原态Km=300nmol/L的抗体，使标准电位差变为-342mV，由此，黄素还原态的还原范围相应扩大，一些原来无法按其还原的物质（即标准还原电位差大于抗体酶催化的黄素标准还原电位差）得以还原。这意味着抗体酶可以使热力学上原来无法进行的氧还反应得以进行。

抗体酶的应用

1.在有机合成领域的应用

目前,己成功筛选出可催化6种类型酶促反应和几十种化学反应的抗体酶,可催化许困难和能量不利的反应.催化类型包括底物异构化反应、酉旨水解、酞胺水解、酞基转移、Claisen重排反应、光诱导反应、氧化还原、金属鳌合、环化反应等,抗体酶还可以作为手性助剂控制光加成反应产物的立体化学,用于手性化合物的拆分,还可用于探索化学反应机制。

2.在医学领域的应用

利用抗体酶催化药物在体内的还原,有利于机体对药物的吸收,并降低药品的毒副作用;将抗体酶技术和蛋白质融合技术结合在一起,设计出既有催化功能又有组织特异性的嵌合抗体,用于切割恶性肿瘤;将抗体酶直接作为药物,以治疗酶缺陷症患者。