模拟酶ppt

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
2 合成酶的理论基础及分类
2 合成酶的理论基础及分类
主-客体化学
超分子化学
理论基础
合成酶的分类 主-客体酶模型
2 3 1
胶束模拟酶
肽酶和半合成酶
2.1 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 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。
3.天然抗体模拟
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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
美国加州大学洛杉矶分校的克拉姆(Donald James Cram) 教授和法国路易· 巴斯德大学的莱恩(Jean—Marie Lehn) 教授由于分别创立了“主—客体化学”(Host—Guest Chemistry)和“超分子化学”(Supra molecular Chemistry)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。
模拟酶简介
乾朵朵
12/12/2014
主 要 内 容
概念
合成酶理论 基础及分类
模拟酶
分子印迹技术
生物印迹技术
研究现状与展望
1 模拟酶的概念
酶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。 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。
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（molecular imprinting）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。
3.4 印迹酶研究前景
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 印迹分子的选 、 合成、氧化还原等活性的分子印迹酶。虽然用分子印迹 制备过程简单、 择范围广，不 易操作 依赖于反应过 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， 渡态； 但它们却具有明显的优点：
[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。
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。
X
X
X X X X
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
4 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。
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 精心挑选的催化基团必 3 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。
印迹酶优点
具有明显的耐热、 耐酸碱和稳定性 好等优点。
4
人工模拟酶的研究现状及展望
人工模拟酶(Artifical Enzyme)
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。
胶束酶
X X X
3 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。
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%。
应用：
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。
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。 12/12/2014
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。
胶束酶模型；
分子印迹酶模型；
肽酶；
半合成酶等。
2.3.1
主-客体酶模型
环糊精酶模型
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。
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。
2.3 合成酶的分类
根据Kirby分类法，合成酶可分为：
单纯酶模型(enzyme-based minic)、 机制酶模型(mechanism-based mimic)、 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；
酯水解生物印迹酶
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
1 环糊精酶模型
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。
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57 His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。
生物印迹酶
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。 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。
[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。