现代酶学课件

现代酶学袁勤生教授华东理工大学生物工程学院分子酶学功能酶学酶工程酶的应用工程现代酶学的主要内容生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物酶是生物催化剂(BiologicalCatalyst)没有酶就没有生命!酶的化学本质蛋白质P酶(proteinenzyme)核酸R酶(ribozyme)酶的研究不仅深刻影响生命科学，而且刺激和促进了化学和药物的研究，成为灵感的源泉。生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物酶与酶工程的类型酶与酶工程生物酶（蛋白质酶）(biologicalenzyme)化学酶（非蛋白酶）(chemicalenzyme)化学修饰酶(chemicalmodificationenzyme)蛋白质工程酶(proteinengineeringenzyme)进化酶(evolvedenzyme)杂合酶(hybridenzyme)模拟酶(enzymemimics)核酶(ribozyme,RNase)脱氧核酶(deoxyribozyme,DNase)肽酶(pepzyme)抗体酶(abzyme)合成酶(synzyme)印迹酶(imprintingenzyme)生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物酶的应用应用酶工程药用酶生物催化药用酶制剂，国内外已有700余种剂型三种：口服、针剂、外用生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物一、分子酶学1、结构研究截至2002年在Brookhavenproteindatabank中已有的8000多个结构中，有5000多个酶的结构，其中大部分的晶体结构已搞清，这得益于NMR方法及多标法和多维技术的发展。生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物、动态结构的研究了解酶的动态变化是酶学研究的难点和关键。酶的动态变化非常快，测定酶与底物的反应速度目前采用“停留法”，已达毫秒（ms）级和微妙级（us），加上计算机等工具即可观察酶的动态结构变化。生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物、结构与功能的关系结构与功能的关系一直是酶学研究的核心局面之一。过去常用侧链基团的化学修饰方法，现在采用基因突变技术，从理论上可以任意改变酶分子中任一氨基酸。生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物、酶构像与功能的关系酶分子活性部位具有严格的刚性结构，近年来普遍认为除刚性外，还有一定程度的柔性。（运动性）大量实验证实，酶活性部位的构像变化发生在整体构像的变化之前，并与活性丧失同步。甘油醛－3－磷酸脱氧酶、核酶等证实：“酶分子整体构像尚未发生变化之前，活性部位构像已开始松散。生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物二、功能酶学基因是遗传信息的携带者，而生命活动的执行者都是蛋白质（酶）。即使人们把约十万个基因的三十亿对碱基的序列全部搞清，解决了基因的序列问题，也只是解决了遗传信息库的问题。生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物二、功能酶学基因是遗传信息的携带者，而生命活动的执行者都是蛋白质（酶）。即使人们把约十万个基因的三十亿对碱基的序列全部搞清，解决了基因的序列问题，也只是解决了遗传信息库的问题。生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物在基因编码的全部蛋白质中，酶占有很大的比例。研究基因组的根本目的在于揭示整个生命活动，因此基因组全序列的测定，知识认识生命活动的第一步，更重要的是研究基因的功能，也就是后基因组研究。一个基因可以表达蛋白质的数目大于1，细菌为1.2～1.3，酵母为3，人高达10。因此10万个基因可以表达蛋白质上百万。功能酶学生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物三、酶工程酶工程是现代生物技术重要组成部分，其特点是利用酶、含酶细胞起或细胞（微生物、植物、动物）作为生物催化剂来完成某些主要的化学反应。酶的化学修饰及固定化酶技术－－从略，重点介绍：核酶、抗体酶、模拟酶、印迹酶、有机相酶反应（低水介质中的酶反应）、组合生物催化等。生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物酶的化学修饰酶的化学修饰(enzymemodification)主要指用化学或分子生物学方法对酶分子进行改造。修饰酶在稳定性、抗原性、半衰期及酶学性质等方面发生了质的变化。生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物聚乙二醇（PEG）以PEG为活化剂，活化反应在温和的碱性条件下进行，产物与酶分子上氨基产生交联反应。a、PEG活化反应琥珀酸酐b、修饰反应生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物用三氯均嗪活化肝素分子上羟基，然后和酶分子上氨基反应生成修饰酶生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物抗体酶抗体酶是一类具有催化活性的免疫球蛋白，其可变区被赋予了酶的属性，故也被称为催化抗体。它催化地反应多达十余种，如氧化还原反应、酰基转移反应、金属螯合反应、闭环反映、有机酯，碳酸酯水解反应、立体选择性的内酯反应、酰胺键的生成反应等。过渡态类似物半抗原可合成自然界中不存在的酶生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物分子印迹酶分子印迹技术起源于免疫学的发展。20世纪40年代Pauling认为抗原物质进入体内，蛋白质或多肽就会以抗原为模板分子进行分子自我组装，并折叠形成抗体。分子印迹（molecularimprinting）就是制备某一化合物具有选择性的聚合过程，这个化合物就叫印迹分子或模板分子。分子印迹技术包括如下内容：1选定印迹分子和功能单体，使两者发生互补反应；2在印迹分子-单体复合物周围发生聚合反应；3用抽提法从聚合物中除掉印迹分子。结果，形成的聚合物内保留有与印迹分子形状、大小完全一样的孔穴，也就是说印迹的聚合物能维持相对印迹分子的互补性，因此，该聚合物能以高选择性重新结合印迹分子生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物酶的定向进化酶的定向进化属于蛋白质的非合理设计，它不需要事先了解酶的空间结构和催化作用机制，人为地创造特殊的进化条件，模拟自然界进化机制（随机突变、基因重组和自然选择），在体外改造酶基因，并定向选择（或筛选）出所需要的突变酶。生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物酶的定向进化酶分子的定向进化被认为是“一场达尔文做梦也没有想到的进化革命，是再设计生命世界的开端”。对一些酶在砷酸盐解毒途径、抗辐射性、生物合成途径、对映体选择性、抗体库以及DNA结合位点等方面定向进化的可喜结果，令众多相关科学家为之振奋。可见，进化能发生在自然界，也能发生在试管中。它与合理设计互补，将会使分子生物学家更加得心应手地设计和裁剪酶分子，将使蛋白质工程显示出更加诱人的前景。生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物组合生物催化组合生物催化（CombinatorialBiocatalysis）是酶催化，化学催化和微生物转化在组合化学中的应用，即通过对先导化合物的转化产生库（见图）。组合生物催化能够对复杂的天然产物进行修饰和由简单的结构单元创建新的分子，连续的生物催化或化学酶催化增加了衍生物的多样性。因此组合生物催化能在很广的范围内高效地产生新型的库。生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区bbs.bbioo.com生物秀-专心做生物利用一种两步的