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模拟酶核酶极端酶生物催化剂（Biocatalyst）蛋白质类：天然酶enzyme极端酶extremozyme抗体酶abzyme生物工程酶其它：模拟酶核酸类:克隆酶遗传修饰酶蛋白质工程新酶、RibozymeDeoxyribozyme模拟酶的主要部件：–酶学：酶的结构和作用机理在分子水平上的解释，动力学方法的发展，以及酶催化反应过渡态理论。–高分子化学：人工体系中分子识别、结合和催化的研究。–分子识别：主体或受体对客体或底物选择性结合并产生某种特定功能的过程。2.模拟酶理论基础3．设计要点设计前：酶活性中心-底物复合物的结构酶的专一性及其同底物结合方式的能力反应的动力学及各中间物的知识3．设计要点设计中：为底物提供良好的微环境催化基团尽可能同底物的功能团相接近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主-客体酶模型胶束酶模型抗体酶分子印迹酶模型4.模拟酶的分类和制备按模拟酶的属性：主-客体化学（host-guestchemistry）：具有显著识别能力的某些大分子可以作为主体，有选择性地与作为客体的底物发生配合，类似于酶和底物的作用。冠醚化合物的模拟酶冠醚水解酶模拟物胶束模拟酶单分子胶束酶模型抗体酶概念抗体酶产生的理论基础抗体酶的制备方法抗体酶的应用抗体酶（Abzyme)抗体由抗原诱导产生的，在结构上与抗原高度互补并与抗原具有特异结合功能的免疫球蛋白。抗体的最显著的特征是多样性和专一性抗体中的每条链中有恒定区和可变区。相同点：都是蛋白质，都有特异性。不同点：1）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物质。2）酶的活性和合成受到代谢调节，种类有限。抗体只有在抗原存在时才产生，种类无限。抗体与酶的异同：过渡态理论认为，酶与底物的结合经历了一个易于形成产物的过渡态，实际上是降低了反应所需的活化能。过渡态理论1969年Jencks根据抗体结合抗原的高度特异性，与天然酶结合底物的高度专一性相类似的特性，在过渡态理论的基础上首先提出设想：能与化学反应中过渡态结合的抗体，可能具有酶的活性，催化反应的进行。1986年Lerner和Schultz证实了这一设想。抗体酶设想抗体酶的发现1986年美国Lerner和Schultz两个实验室同时在Science上发表论文，报道他们成功地得到了具有催化活性的抗体。并将这类具催化能力的免疫球蛋白称为催化抗体，即抗体酶。1986年Schultz以对硝基苯酚磷酸胆碱酯（PNPPC）作为相应的羧酸二酯的过渡态类似物。诱导产生的抗体酶使水解反应速度加快12000倍。抗体酶抗体酶（Abzyme）或催化抗体（Catalyticantibody)本质上是一类具有催化活力的免疫球蛋白，在其可变区赋予了酶的属性。它是利用现代生物学与化学的理论与技术交叉研究的成果，是抗体的高度选择性和酶的高效催化能力巧妙结合的产物。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102～106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。抗体酶的催化反应类型1、转酰基反应2、水解反应3、Claisen重排反应4、酰胺合成反应5Diels-Alder反应6、转酯反应7、光诱导反应8、氧化还原反应9、脱羧反应10、顺反异构化反应1.诱导法用设计好的半抗原，通过与载体蛋白（如牛血清白蛋白）偶联制成抗原。然后对动物进行免疫，取免疫动物的脾细胞与骨髓瘤细胞杂交，杂交细胞则分泌单克隆抗体，经筛选和纯化，得抗体酶。抗体酶的制备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，获得具有原来酶活性的抗体酶。2.拷贝法抗体酶的制备3.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抗体酶的制备1.肿瘤治疗抗体介导前药治疗技术:将能水解前药释放出肿瘤细胞毒剂的酶和肿瘤专一性抗体相偶联，则酶通过和肿瘤结合的抗体存在于细胞的表面。静脉给药后，当药物扩散至肿瘤细胞的表面或附近，抗体酶将前药迅速水解释放出抗肿瘤药物。2.戒毒:用可卡因水解的过渡态类似物-磷酸单酯为半抗原，产生的单克隆抗体能催化可卡因的分解，水解后的可卡因片断失去可卡因刺激功能。I型内含子(四膜虫26srRNA)II型内含子锤头核酶发夹核酶丁型肝炎病毒（HDV)核酶RNaseP核酶的分类核酶（Ribozyme)VS(NeurosporaVarkudsatelliteribozyme)核酶转酯化过程：由靠近切割位点3‘端的2’OH或氧原子对切割位点的磷原子实施亲核攻击，产生5‘-OH和2’，3‘-环磷酸二酯。核酶自身剪切反应剪切型核酶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。•四个螺旋区、三个连接区和两个环。•剪切反应发生在底物识别序列GUC的5‘端。5‘3‘发夹二级结构模型剪切位点三、核酶的应用1.基础理论：生命起源的探索2.医药：1）通过识别特定位点而抑制目标基因的表达，抑制效率高，专一性强。如抗肝炎病毒、抗人类免疫缺陷病毒Ⅰ型（HIV-Ⅰ)、抗肿瘤。2）免疫原性低，很少引起免疫反应。3.植物抗病毒四、核酶面临的问题1、核酶催化效率低。2、核酶本身是RNA，很容易被核酸水解酶RNase破坏。第三节极端酶（extremozyme）一、极端微生物和极端酶1.极端微生物：又称嗜极菌（extremophiles），是在超常生态环境条件下生存的微生物。根据所耐受的环境条件不同，分为：嗜热菌（thermophiles）超嗜热菌（hyperthermophiles）嗜冷菌（psychrophiles）嗜盐菌（halophiles）嗜酸菌（acidophiles）嗜碱菌（alkaliphiles）嗜压菌（barophiles）抗辐射的微生物2.极端酶的制备1）天然极端酶的筛选和生产2）蛋白质工程生产极端酶胶束酶模型