模拟酶ppt

4/25/2020模拟酶简介乾朵朵模拟酶主要内容研究现状与展望分子印迹技术概念生物印迹技术合成酶理论基础及分类4/25/20201模拟酶的概念广义上讲，模拟酶就是用各种方法人为制造的具有酶性质的催化剂。模拟酶研究吸收了酶中那些起主导作用的因素，利用有机化学、生物化学等方法，设计和合成一些比天然酶简单的非蛋白分子或蛋白质分子，以这些分子作为模型来模拟酶对其作用底物的结合和催化过程，也就是说，在分子水平上模拟酶活性部位的形状、大小及其微环境等结构特征，以及酶的作用机制和立体化学等特性。设计一种像酶那样的高效催化剂是科学家一直追求的目标之一。是自然界经过长期进化而产生的生物催化剂，它能在温和条件下高效专一地催化某些化学反应。但是酶对热的敏感性，稳定性差和来源有限等缺点限制了它的规模开发和利用。酶2合成酶的理论基础及分类2合成酶的理论基础及分类肽酶和半合成酶超分子化学合成酶的分类主-客体酶模型胶束模拟酶主-客体化学123理论基础酶学基础：酶的结构和酶学性质。“主-客体”化学：主体有选择地识别客体并与之通过弱相互作用力形成稳定复合物的化学领域。超分子化学：研究两种或两种以上的化学物通过分子间力（静电作用、氢键、范德华力等非共价键）相互作用缔结而成的具有特定结构和功能的超分子体系的科学。2.1理论基础美国加州大学洛杉矶分校的克拉姆(DonaldJamesCram)教授和法国路易·巴斯德大学的莱恩(Jean—MarieLehn)教授由于分别创立了“主—客体化学”(Host—GuestChemistry)和“超分子化学”(SupramolecularChemistry)而荣获1987年的诺贝尔化学奖。克拉姆的“主—客体化学”的基本思想是：具有显著“识别能力”的某些冠醚[1]可以作为“主体”，有选择性地与作为“客体”的底物发生配合。克拉姆的意图旨在模拟酶和底物的作用。[1]冠醚：又称大环醚，是含有多个氧原子的大环化合物莱恩的“超分子化学”的主要内容是：首先要求合成具有特定结构的分子作为接受体。接受体应具有选择络合离子和分子结构形式的能力，又使底物可借各种分子内作用（电性作用、磁性作用、氢键、范德华力以及各种近距离子）与受体结合，这样，就导致“分子的聚集”，这种聚集后的分子莱恩称其为“超分子”。“超分子化学”就是分子内键合和分子聚合的化学。“超分子”兼有分子识别，分子催化和选择性迁移等功能。“主—客体化学”和“超分子化学”的共同意图就是说明酶和底物之间的作用就象一把钥匙开一把锁一样。2.2合成酶理想的合成酶模型应具备如下品质：因为非共价键相互作用是生物酶柔韧性、可变性和专一性的基础，故酶模型应为底物提供良好的疏水洞穴1模型应提供形成离子键、氢键的可能性，以利于它以适当方式同底物结合。2模型应具有足够的水溶性，并在接近生理条件下保持其催化活性。4精心挑选的催化基团必须相对于结合点尽可能同底物的功能团相接近，以促使反应定向发生。32.3合成酶的分类根据Kirby分类法，合成酶可分为：单纯酶模型(enzyme-basedminic)、机制酶模型(mechanism-basedmimic)、单纯合成的酶样化合物(synzyme)按照合成酶的属性可分为：主-客体酶模型，包括环糊精、冠醚、穴醚、杂环大环化合物和卟啉类等；胶束酶模型；肽酶；分子印迹酶模型；半合成酶等。可以作为人工酶模型的主体分子虽有若干种，但迄今被广泛采用且较为优越的是环糊精。2.3.1主-客体酶模型环糊精酶模型环糊精（CD）是由多个D-葡萄糖以a（1,4）糖苷键结合而成的一类环状低聚糖。它略呈锥形的圆筒，其伯羟基和仲羟基分别位于圆筒较小和较大开口端。这样，CD分子上的氢原子和糖苷分子外侧是亲水的，其羟基可与多种客体形成氢键，其内侧是C-5，C-3上的氢原子和糖苷氧原子组成的空腔，故具有疏水性，因而能包结多种客体分子，很类似酶对底物的识别。利用环糊精为酶模型已对多种酶的催化作用进行了模拟。在水解酶、核糖核酸酶、转氨酶、氧化还原酶、碳酸酐酶、硫胺素酶和羟醛缩合酶等方面都取得了很大的进展。1环糊精酶模型水解酶的模拟α-胰凝乳蛋白酶是一种蛋白水解酶，它具有疏水性的环状结合部位，能有效包结芳环。催化部位中含有57His咪唑基、102号Arg羧基及195号Ser羟基，三者共同组成了所谓的电荷中继系统，在催化底物水解时起关键作用。Bender等人合成了一个具有α-胰凝乳蛋白酶所有特征的模拟酶。2胶束模拟酶表面活性剂分子在水溶液中超过一定浓度可聚集成胶束。胶束在水溶液中提供了疏水微环境，可以对底物束缚，类似于酶的结合部位。如果将催化基团如咪唑、硫醇、羟基和一些辅酶共价或非共价地连接或吸附在胶束上，就有可能提供活性中心部位，使胶束成为具有酶活性或部分酶活性的胶束模拟酶。XX胶束酶XXXXXXX3半合成酶半合成酶的出现，是近年来模拟酶领域中的又一突出进展。它是以天然酶为母体，用化学方法或基因工程方法引进适当的活性部位或催化基团，从而形成一种新的人工酶。半合成酶可分为两种类型：1.以具有酶活性的蛋白为母体，在其活性中心引入催化功能部分；2.利用天然蛋白进行构象修饰，创造新的酶活性中心。4肽酶肽酶就是模拟天然酶活性部位而人工合成的具有催化活性的多肽。1977年Dhar等人报道，人工合成的Glu—Phe—Ala—Glu—Glu—Ala—Ser—Phe八肽具有溶菌酶的活性。其活性为天然溶菌酶的50%.2.2.2单因素实验3.1分子印迹技术的概念与原理分子印迹（molecularimprinting）技术是二十世纪八十年代迅速发展起来的一种化学分析技术，属于泛分子化学研究范畴，通常被人们描述为创造与识别“分子钥匙”的人工“锁”技术。分子印记技术是在分子识别[1]基础上开展的。[1]分子识别本质上是指主体分子(受体)对客体分子(底物)选择性结合并产生某种特定功能的过程。如：酶与底物、抗原与抗体、糖与蛋白质等的相互作用。如果以一种分子充当模板，其周围用聚合物交联，当模板分子除去后，此聚合物就留下了与此分子相匹配的空穴。如果构建合适，这种聚合物就像“锁”一样对钥匙具有选择性识别作用。这种技术被称为分子印迹技术。分子印迹就是将模板分子与功能单体通过共价、非共价或金属协同作用形成预聚合物，在交联剂的作用下功能单体发生聚合，将模板分子固定在聚合物中，最后脱除模板分子，即聚合物材料上留下与模板分子在大小、形状和官能团的方向上都互补的空穴结构。空穴不仅保留了与模板分子化学结构互补的官能团的有序排列，也维持了它的整个空间构想，所以当材料再次遇到模板分子时，可发生特异性的结合。3.2生物印迹技术分子印迹：是制备对某一化合物具有选择性的聚合物的过程，这个化合物叫印迹分子。生物印迹类似于分子印迹，主体分子为生物分子。生物分子构像的柔性在无水有机相中被取消了，其构象被固定了，因而模板分子与生物分子在水溶液中相互作用后产生的构象变化在移入无水有机相中才能得以保持。生物印迹酶利用这种方法已成功地模拟了许多酶，如酯水解酶、HF水解酶、葡萄糖异构酶等。有的甚至达到了天然酶的催化效率。生物印迹是指以天然的生物材料，如蛋白质和糖类物质为骨架，在其上进行分子印迹而产生对印迹分子具有特异性识别空腔的过程。由于天然生物材料，如蛋白质含有丰富的氨基酸残基，它们与模板分子会产生很好的识别作用。1984年，Keyes等报道了首例用这种方法制备的印迹酶。它们选择吲哚丙酸为印迹分子，印迹牛胰核糖核酸酶，待起始蛋白质在部分变性条件下与哚丙酸充分作用后，用戊二醛交联固定印迹蛋白质的构象，经透析去除印迹分子后就制得了具有酶水解能力的生物印迹酶。此印迹酶粗酶活性为7.3U/g，而非印迹酶则无酯水解酶活性。粗酶经硫铵分级纯化后，其酯水解比活力增至22U/g。再经柱层析进一步纯化后，出现三种交联组分，其中低分子质量组分显示出最高酶活性，其活力达到600U/g。经过纯化，其回收率达25%。酯水解生物印迹酶1.色谱分离最广泛的应用之一是利用其特异的识别功能去分离混合物。其适用的印迹分子范围广，无论是小分子(如氨基酸、药品和碳氢化合物等)还是大分子(如蛋白质等)已被应用于各种印迹技术中。应用：2固相萃取通常样品的制备都包括溶剂萃取，由于分子印迹技术的出现，这可以用固相萃取代替，并且可利用分子印迹聚合物选择性富集目标分析物。由于印迹聚合物即可在有机溶剂中使用，又可在水溶液中使用，故与其他萃取过程相比，具有独特的优点。印迹分子的强度与选择性在一定程度上可以和抗原与抗体之间的作用相媲美，因而可用于抗体模拟,这种模拟抗体制备简单、成本低，在高温、酸碱及有机溶剂中具有较好的稳定性，此外还可以重复使用。3.天然抗体模拟分子印迹技术最富挑战的应用研究是对酶的人工模拟。目前，应用此技术已成功地制备出具有酶水解、转氨、脱羧、合成、氧化还原等活性的分子印迹酶。虽然用分子印迹法制备的聚合物印迹酶其催化效率同天然酶相比普遍不高，但它们却具有明显的优点：3.4印迹酶研究前景印迹酶优点制备过程简单、易操作印迹分子的选择范围广，不依赖于反应过渡态；具有明显的耐热、耐酸碱和稳定性好等优点。人工模拟酶(ArtificalEnzyme)4人工模拟酶的研究现状及展望1.简单模拟向高级模拟发展；2.开发更多可多部位结合且多重识别功能的模拟酶；3.将天然酶改造成新酶；4.人工酶在分析、医药、工业上的应用。