第六章-人工酶

第六章人工酶广州大学生命科学学院柯德森主要内容为什么要进行人工模拟?基本概念基础理论和基本策略分类印迹酶第一节基础理论和策略概念：从分子水平上模拟生物功能的一门边缘科学；利用化学、生物化学等方法设计和合成较天然酶简单的非蛋白或蛋白质分子，以这些分子作为模型来模拟酶对底物的结合催化过程，即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。关键：构建与底物结合的合适部位，并且这种结合所形成的结合体系必须是有利于其催化反应的发生。模拟酶的基础理论一、酶的作用机制：1.稳定过渡态理论（二个问题------结合方式和活化能）:酶和底物的定向结合,键的扭曲及变形---降低反应的活化能.模拟酶的基础理论2.人工体系中识别、结合和催化理论:催化基团的引入对催化效率的提高至关重要.底物的定向结合能力，酶模型与底物相互匹配的立体化学,包括催化基团和底物之间必须具有相互匹配的立体化学特征。---有利于降低反应的活化能.模拟酶的基础理论二、主客体化学和超分子化学是人工模拟酶的重要理论基础。主客体化学(host-guestchemistry)：主体与客体通过配位键和其他次级键形成稳定复合物的化学。超分子化学(supermolecularchemistry)：底物和受体以非共价键相互作用，如静电作用，氢键和范德华力等，形成具有稳定结构和性质的实体，即形成了超分子，它兼具分子识别、催化和选择性输出的功能。设计人工酶的策略设计前必须了解:1.酶活性中心-底物复合物的结构;2.酶的专一性及其同底物结合的方式和能力;3.反应的动力学及各中间物的知识设计人工酶的策略设计时应考虑的因素1.非共价健：是生物酶柔韧性可变性和专一性的基础，模型酶应为底物提供良好的微环境（根据底物的特点）2.定向反应：催化基团相对结合点尽可能与底物的功能团相接近。3.足够的水溶性，在接近生理条件下保持催化活性第二节模拟酶的分类主客体酶模型:环糊精,冠醚,穴醚,杂环大环化合物,卟啉类等胶束酶模型；肽酶；抗体酶；分子印迹酶；半合成酶；杂合酶和进化酶一、主客体酶模型（一）环糊精酶模型（二）合成的主客体酶模型环糊精(cyclodextrin,CD)酶模型由D葡萄糖以1，4糖苷键结合而成的一类环状低聚糖根据糖单元的不同分为6，7，8个环糊精3种其外侧是亲水性的，内侧是疏水性的是一种主要的模拟酶主体其对底物的结合常数不及天然酶高，所以目前研究主要集中在对它的修饰上。╰以前的以前、辗转流年|╰以后的以后、逾期不候傻先森*|疯小姐*╰保持微笑つ继续骄傲゛|╰花开不败つ女人姿态゛└旧人旧事旧心酸∞|└旧伤旧痛旧字眼∞丶流年在等待谁的相濡以沫|、你的流年等我相濡以沫______丶想你|______丶念沵喂┗小姐゛我娶你┓|喂┗先生゛我嫁你┓卍┅我爱那位小姐﹌゛|卐┅我爱那位先生﹌゛※真情真意真温柔|※真情真爱真暧昧废了那一段情|触了那一段伤女人、你真不可爱|男人、你真不养眼■我爱你//.关你什么|■你爱我//.关我什么﹌相恋到古稀㏒|﹌相守到古稀㏒你被写在我的歌里?|我被写在你的歌里?你需要我我会一直在。|我需要你请你一直在。维也纳的海风づ永不失约|莫斯科的阳光づ永不分离寒冷暖色系ヽ|温暖冷色系ヽ冷不过人心#|凉不过人性#你说陪到某年某月某天|却把我丢在某日某夜某街不管不顾ゅ|不闻不问ゅ喜欢你是我的小笨蛋~|喜欢你是我的大笨蛋~◇╮顺其自然|◇╮随遇而安旧人离ら|旧人心ら有你我会很幸福ゞ|有你我会很开心ゞ小姐丶我想你|先森丶我爱你风吹风落泪の|花撒花转氨酶（有一定手性）核糖核酸酶水解酶桥联环糊精仿酶模型2、合成的主客体酶模型合理的人工酶的设计产物首先是优化对底物的结合，其次是催化基团的定位冠醚，穴醚，环番，环芳烃冠醚水解酶模拟物二、胶束模拟酶胶束在水溶液中提供了疏水环境，可以对底物束缚。如果将催化基团和一些辅酶共价或非共价地连接或吸附在胶束上，就有可能提供类似活性中心的结构，使胶束成为具有酶活力或部分酶活力的胶束模拟酶二、胶束模拟酶模拟水解酶的胶束酶模型辅酶的胶束酶模型金属胶束酶模型单分子胶束酶模型三、肽酶模拟天然酶活性部位而人工合成的具有催化活性的多肽。四、半合成酶以天然蛋白质或酶为母体，用化学或生物学的方法引进适当的活性部位或催化基团，或改变其结构而形成一种新的人工酶。印迹酶分子印迹(molecularimprinting):制备对某一化合物具有选择性的聚合物的过程.这个分子叫印迹分子(printmolecule,P),也叫模板分子(template,T).分子印迹一般过程1.选定印迹分子和功能单体,使二者发生互补反应;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.制备选择性聚合物的过程(a)在印迹分子和交联剂存在下通过光和热启动集合作用(b)形成聚合物©研磨聚合物(d)抽提印迹分子(e)得到选择性聚合物MIPM-单体;CR-交联剂;P-印迹分子单体和交联剂关键是选择与印迹分子尽可能有特异结合的单体,然后选择适当的交联剂和溶剂.(多功能团,非共价或共价可逆)最常用的体系是聚丙烯酸和聚丙烯酰胺体系溶剂控制着非共价键的结合强度,同时也影响聚合物的形态.溶剂的极性越大,产生的识别效果越低,因此最好选择低介电常数的溶剂.识别所用溶剂最好与聚合所用的一致.表面分子印迹在某些载体表面产生分子印迹空腔或进行表面修饰产生印迹结合部位的过程.生物印迹是分子印迹的一种,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.其原理:生物分子的构象以柔性在有机相中被取消,其构象被固定.优点:含有丰富的氨基酸,与印迹分子可产生很好的识别.印迹曲线1和未印迹曲线2白蛋白作用的时间过程曲线(a)无水二异丙醚中结合对羧基苯甲酸;(b)在无水乙酸乙酯中结合L-酒石酸分子印迹酶利用分子印迹技术制备能与底物特异性结合并具有一定的催化能力的聚合物叫分子印迹酶,是模拟酶的一种生物印迹酶利用生物大分子进行分子印迹制备的具有底物识别功能和催化功能的生物大分子,叫生物印迹酶.复习酶的人工模拟,主客体化学,主客体酶模型；分子印迹酶试述模拟酶的基础理论试述模拟酶设计的基本策略模拟酶的分类(至少举出4种)什么叫分子印迹?表面印迹?生物印迹?印迹酶?分子印迹酶?生物印迹酶?Thanks