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抗体酶

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抗体酶

抗体酶

抗体酶的研究，为人们提供了一条合理途径去 设计适合于市场需要的蛋白质，即人为地设计 制作酶。它是酶工程的一个全新领域。利用动 物免疫系统产生抗体的高度专一性，可以得到 一系列高度专一性的抗体酶，使抗体酶不断丰 富。随之出现大量针对性强、药效高的药物。 立体专一性抗体酶的研究，使生产高纯度立体 专一性的药物成为现实。以某个生化反应的过 渡态类似物来诱导免疫反应，产生特定抗体酶， 以治疗某种酶先天性缺陷的遗传病。抗体酶可 有选择地使病毒外壳蛋白的肽键裂解，从而防 止病毒与靶细胞结合。抗体酶的固定化已获得 成功，将大大地推进工业化进程。
其它名称 反应可逆 二烯合成 [4+2]环加成 二烯 dienes 亲二烯体 dienophiles
环己烯衍生物
R
O C R(H) W CO2R(H) CN NO2
（吸电子基）
有利因素:
G
OR NHR
（给电子基）
Diels-Alder反应机理
G W + G G
六员环过渡态 协同机理
G
G W


W
2、抗体结合位点化学修饰法： 抗体酶和酶一样也可以用化学修 饰法加以改造。对抗体酶进行结 构修饰的关键是找到一种温和的 方法在抗体结合位置或附近引入 具有催化功能的基团。游离巯基 就是适合的基团之一，它具有高 亲核性，易于氧化，及能通过二 硫化物进行交换反应或亲电反应 而选择性修饰的特点
3 . 引入辅助因子法
结果按这种设想所得到的抗体不仅使酯 的水解速度增加了103～104倍，而且还具 备专一性、 pH依赖性及被抑制剂抑制等 酶的基本特性。抗体酶的催化活性虽然 仍比天然酶小，但这意味着可按人的意 愿来设计和生产具有已知结合专一性的 蛋白质，在理论上和实践上均有重要意 义。美国已将抗体酶技术商品化，在第 一批具有应用价值的抗体酶中有与蛋白 酶相似的抗体，可在特定的氨基酸序列 上切割蛋白质，从而建立具有各种专一 性的切割蛋白质抗体酶库，就像限制性 核酸内切酶库一样供研究者选用。

抗体酶

抗体酶

制备方法
• 1、杂交瘤技术 • 经体内免疫后再进行细胞融合是制备抗体酶的一种传统方法。 杂交瘤技术的基本原理是用不能在培养液中生长的但能产生抗 体的脾脏细胞，与能在培养液中生长的骨髓瘤细胞进行融合， 融合得到的杂交细胞既能产生抗体又能在体外培养，通过选择 培养，以获取能产生单克隆抗体的杂交瘤细胞。再把这些细胞 单克隆化，即繁殖成母体的同一细胞或形成菌落。这些菌落能 够产生单一均匀的抗体，可用于进行单克隆抗体的扩大生产。 对这些菌落用酶联免疫吸附法等方法加以筛选。该制备方法的 关键是要有合适而稳定的过渡态模拟物作半抗原，以产生与过 渡态高度亲和的抗体酶。由于大多数反应过渡态类似物的分子 量较低，即所谓的半抗原，他们本身免疫原性很弱，必须与某 种载体偶联才能表现免疫原性。本方法所得到的抗体酶的催化 能力的高低，在很大程度上取决于化学模型物的设计，现在应 用的设计策略包括：诱导和转化设计，反应免疫，“潜过渡态” 半抗原设计等等。
• 2、抗体结合部位修饰法 • 将催化基团或辅助因子引入到抗体的抗原结合部位，一 般可采用两种方法：即选择性化学修饰法和基因工程定 点突变法。抗体酶和酶一样也可以用化学修饰的方法加 以改造。对抗体酶进行结构修饰的关键，是找到一种吻 合的方法在抗体结合位置或附近引入酶的催化基 空间排布恰到好处，就能产生高活力的抗体酶。为提高 抗体酶的催化能力，可采用邻近效应，静电催化，应变， 功能团催化等方法，在抗体结合位点引入催化基团。基 因工程定点突变法是利用位点专一性突变引起抗体结合 部位氨基酸的改变，能在抗体结合部位换上有催化作用 的氨基酸，进而改变抗体酶的催化效率。目前，定点突 变的方法己成为提高抗体酶活性的一种常规方法。
• 3、克隆免疫反应因子的基因 • 通过PCR技术克隆出全套免疫球蛋白的可变位点 使它们随机地将基因的轻重链结合，这些含上利用了免疫因子的多样性， 通过这种方法我们可从上百万种可能性中选择 抗体酶。[1]

抗体酶

抗体酶

抗体酶综述陈璇【摘要】抗体酶是一类以过渡态类似物，为半抗原，可诱导免疫系统产生具有类似天然酶催化活性的免疫球蛋白。

抗体酶既具有抗体的高效选择性，又能像酶那样高效催化化学反应，开创了催化剂研究的崭新领域。

本文从抗体酶的发展历史、作用原理、制备、应用及研究展望多个角度进行综述。

【关键词】抗体酶；发现史；作用原理；制备；现状及应用前景抗体酶抗体酶(abzyme)，又称催化抗体(cat·alytic antibody)，是指通过一系列化学与生物技术方法制备出的具有催化活性的抗体，它除了具有相应免疫学性质，还类似于酶，能催化某种活性反应。

抗体与酶相似，它们都是蛋白质分子．酶与底物的结合及抗体与抗原的结合都是高度专一性的，但这两种结合的基本区别在于酶与高能态的过渡态分子相结合，而抗体则与抗原(基态分子)相结合。

抗体与天然酶相比，最大的优点在于抗体的种类是巨大的，免疫系统可以拥有10 种抗原特异性不同的抗体分子。

制备成功的抗体酶不但能催化一些天然酶能催化的反应，而且还能催化一些天然酶不能催化的反应。

抗体酶的发现早在l948年，美国斯坦福大学荣誉退休化学教授l』_波林(LinusPaulin'f)就提出过渡态理论(transition state theory) [2]。

这一理论认为，酶之所以具有催化能力，是因为它与反应分子(底物)的牢固结合的方式，有利于反应中的过渡态(transition state)的结构。

而这种结构会迅速重新排列成该反应的产物。

任何有利于过渡态，而不是其它可能的结构的因素，都能加快化学反应速度。

1 969年，布兰戴斯大学生物化学家w ·詹克斯(w ·Jenks)进一步发展了这一理论。

他和几位美国科学家认为，如果波林的观点是正确的话，那么利用某一反应过渡态的模拟物作为免疫原，则会得到催化该反应的抗体。

这种抗体能特异地识别化学反应的过渡态，并利用其结合能降低反应的活化能。

抗体酶

抗体酶

抗体酶研究展望 研究展望 １，研究酶作用机理的有力工具
２，拓宽反应范围
３，指导寻找一些未知的酶
制作人：周文博
二零零八年四月制作
抗体特性：抗体有较高的亲和力，与抗原的解离常数在 10-4至10-14mol/L，且与酶的结合动力学极其相似，但无 催化活性。 抗体结构：位于H和L链的N端可变区（Variable Region ,V）是抗原的结合位点，约有110个氨基酸构成。其中H 链含4个超变区段(Hyper Variable Region)。L链含3个 超变区段，加上两条链的组合就可以产生10８种以上的 抗体分子。同时，体细胞变异可增加10４结合部位。
有机合成手性药物拆分：抗体酶的特异性合成手性药物或进
行外消旋体的拆分。
实例: 利用对映体专一脂肪酶能拆分外消旋醇混合物。
抗体导向的抗体酶药物前体治疗（Antibody Directed
Abzyme Prodrug Therapy ,ADAPT） 利用抗体酶的水解特性活化药物前体，即抗体与肿瘤细胞表面的抗原 特异性结合，将活化酶定向的带到肿瘤细胞表面，然后前体药物进入 体内后，与由抗体定向运载到肿瘤细胞的表面的酶发生特异性反应， 激活药物前体使之转化为细胞毒物质，作用于肿瘤细胞大大提高了抗 癌药物的靶向性。
㈢调节性 1. 酶浓度的调节 2. 激素调节 3.共价修饰调节 4. 限制性蛋白水解作用与酶活力调控 5. 抑制剂的调节 6. 反馈调节 7. 金属离子和其他小分子化合物的调节
抗原和抗体 当外源物性物质，如蛋白质、毒素、糖蛋白、脂蛋 白、核酸、多糖、颗粒（细胞、病毒）进入人或动物体 内时，机体的免疫系统便产生相应的免疫球蛋白（ immune globin），并以之结合，以消除异物的毒害。此 反应称为免疫反应，此异物便是抗原，此球蛋白便是抗 体

抗体酶知识讲解

抗体酶知识讲解
抗体酶
第七章 抗体酶 Chapter 7 Abzyme
第七章 抗体酶
一 概述 二 机制 三 制备 四 应用
一、抗体酶的发现与研究思路
酶的催化机理是降低活化能。
1946年,诺贝尔奖二次得主 美国化学家Linus Pauling 提 出酶催化反应的过渡态理论。
在酶催化的反应中，与酶的活性中心形成复合物 的实际上是底物形成的过渡状态，
基因工程的技术使得建立抗体基本的组合，并 根据需要构建适当序列的基因片段已成为可能。利用抗 体库技术，在将来也许有可能绕开免疫，产生完全由基 因工程构建的全新抗体酶。
（3） 拷贝法
用已知酶作为抗原免疫动物，通过单克隆技术， 制得抗该种酶的抗体。再以此种抗体免疫动物，再次采 用单克隆技术，经筛选与纯化，就可获得具有原来酶活 性的抗体酶(因为抗原与该抗产生的抗体具有互补性，经 过上述两次拷贝，就把酶的活性部位的信息翻录到抗体 酶上，使该抗体酶能高选择性地催化原酶所催化的反应)。
寻找过渡态类似物作为半抗原产生的抗体
可能具有酶活性
以稳定的过渡态类似物作为半抗原，诱导与其互补 构像的抗体，这样产生的抗体就能识别反应过程的真正过 渡态，该抗体即有酶催化反应的基本特征，可能成为一种
具有酶活性的抗体。
半抗原：能与对应抗体结合出现抗原-抗体反应、又不 能单独激发人或动物体产生抗体的抗原。它只有反应原 性，不具免疫原性，又称不完全抗原。
2、有更强的专一性和稳定性 抗体的精细识别使其能结合几乎任何天然的或合成的 分子
抗体酶催化反应的介质效应
酯解反应中介质效应 ： 抗体酶在有机溶剂中具稳定性。 脱羧反应中介质效应：有机溶剂引起脱羧反应速率增加。 酰基转移反应中介质效应 ：在疏水溶剂中，活性较高。

抗体酶

抗体酶

（二）在前药设计中的应用
抗体酶38C2 是根据I 型缩醛酶的烯胺机理, 通过反应免疫方法得到 的。通过位于底物结合部位疏水口袋的活性赖氨酸残基 , LYS, 抗体酶 38C2 可催化醇醛缩合, 逆醇醛和逆Michael 反应, 以及接受宽范围的底 物, 因而可用作为前药的激活剂。Shabat 等设计了一种全新的前药释放 系统, 利用有次序的逆醛醇缩合和逆Michael 反应可除去前体药物中的保 护基, 释放出活性药物。这种策略已成功地用于喜树碱(Camptothecin), 阿霉素(Doxorubicin), 依托泊甙(Etoposide等抗肿瘤药以及降血糖药胰岛 素(Insulin)的前药设计(如图)。
抗体酶在生物催化领域的应用
LICME
演讲内容
简介 作用 原理
问题及 展反应
抗体（antibody）：指机体的免疫 系统在抗原刺激下，由B淋巴细胞或 记忆细胞增殖分化成的浆细胞所产 生的、可与相应抗原发生特异性结 合的免疫球蛋白。
酶（enzyme）：具有生物催化功 能的高分子物质。
B.基因工程定点突变法
随着基因工程技术的发展。用基因工程方法改造和制备全 新的抗体酶是一种很有前途和发展潜力的抗体酶制备方法。 对于已产生的单抗，分析抗体结合部位的氨基酸顺序或对 应的碱基顺序，然后通过对抗体酶结合部位氨基酸对应的 基因序列进行定点突变，在抗体结合部位加上有催化作用 的氨基酸，进而改变抗体酶的催化效率． 这就是基因工 程法生产抗体酶的原理。
六.一种催化甲状腺素脱碘的抗体酶
3 , 5 , 3′, 5′-四碘甲状腺原氨酸又称甲状腺素(T4)。在人和 动物体中, 它对机体的生长发育、基础代谢与脑和器官的形成发挥 重要调节功能, 这主要通过其降解产物3 , 5 , 3′-三碘甲状腺原氨 酸(T3)和受体的相互作用来完成。生物体内的T3 主要由T4 在脱碘 酶催化下脱碘产生,这个转变主要由含硒的碘甲状腺原氨酸脱碘酶 同源家族来完成。其中I 型碘甲状腺原氨酸脱碘酶(DI)起主要作用 , 缺乏DI 将导致严重的甲状腺疾病。研究发现I 型脱碘酶的酶学性 质、催化机制、空间结构和生理功能等进行了系统研究, 证实它为 一种分子量27 ku 的含硒酶, 含有一个硒代半胱氨酸催化基团, 能催 化T4 降解为T3 和rT3 。研究表明, 若将硒代半胱氨酸突变为其它 氨基酸, 则酶的活性几乎全部丢失。 本文以脱碘酶的结构和初步催化机制为基础, 采用单克隆抗体 技术和化学修饰法制备了一种新的具有脱碘作用的抗体酶, 并对其 动力学性质进行了研究。

抗体酶


抗体酶的研究，为人们提供了一条合理途径去设 计适合于市场需要的蛋白质，即人为地设计制作 酶。它是酶工程的一个全新领域。 构建有别于天然功能酶的新酶类，是酶工程研究 的又一前沿领地。
2013-11-13
拷贝法
用已知酶作为抗原免疫动物，通过单克 隆技术，制得抗该种酶的抗体。再以此种抗 体免疫动物，再次采用单克隆技术，经筛选 与纯化，就可获得具有原来酶活性的抗体酶 (因为抗原与该抗产生的抗体具有互补性， 经过上述两次拷贝，就把酶的活性部位的信 息翻录到抗体酶上，使该抗体酶能高选择性 地催化原酶所催化的反应)。 这种方法对自然界来源稀少的紧缺酶， 不失为一种有价值的有潜力的方法。
2013-11-13

既然过渡态分子难以捕获，而过渡态类似物 是能够模拟一个酶催化反应过渡态的结构的 稳定物质，于是人们就设想，只要寻找到与 反应中决定性步骤的相应酶紧密结合的酶竞 争性抑制剂，就等于发现了过渡态类似物； 还有一种思路，就是这种类似物也能根据化 学反应机制推测设计出来。然后，以过渡态 类似物为半抗原，利用哺乳动物的免疫系统， 诱导与其互补构象的抗体产生，这种抗体即 具有催化活性——这就是 1969 年Jencks 提出的，他发展了 Pauling 的理论；接着， Kohler 和Milstein 于 1975 年发明了具有 历史意义的单克隆技术，使抗体酶的生产成 为可能。
2013-11-13
诱导法
诱导法是选择适当的化学模型物与载 体蛋白连接后给动物免疫，通过杂交瘤技术 筛选和分离单克隆抗体（所得抗体催化效果 的好坏很大程度上取决于化学模型物的设 计）。
2013-11-13
基因工程法
对于已经获得的单抗，分析其氨基酸 序列和相应基因的碱基序列，将抗原结合部 位的基因换上编码有催化作用的氨基酸的基 因，这就是基因工程法制备抗体酶的主要内 容。为可能。利用抗体库技术，在将来也 许有可能绕开免疫，产生完全由基因工程构 建的全新抗体酶。

核酶和抗体酶

ination library）
将不同的重链和轻链基因随机组合，克隆 到合适的表达载体中，在原核细胞表达不 同的抗体，形成一个抗体库，从这个抗体 库中，用抗原可以筛选到相应的抗体基因。
引入法
随着噬菌体抗体库技术的完善，可根据需 要构建适当序列的基因片断，绕过免疫学 方法，构建全新的抗体酶。 噬菌体展示技术将组建亿万种不同特异性 抗体可变区基因库和抗体在大肠杆菌中功 能性表达，与高效快速的筛选手段结合起 来，彻底改变了抗体酶生产的传统途径。
A. 酯酶的底 物–酯
B.酯的羧基碳原子 受到亲核攻击形成 四面体过渡态
C.设计的磷酸酯 类似物,作为抗原 去免疫实验动物
O –C –
磷酸酯类似物 免
(半抗原)
疫
对酯水解反应有 催化作用的单克
隆抗体
抗体酶用于有机酯的水解，过渡态类似 物磷酸盐和磷酸酯作为免疫原诱导产生 的单克隆抗体催化水解反应比未催化反 应快104倍。
L-19IVS
G- P
- OH +
15nt
P399nt
图 13- 四膜虫 35S RNA 内含子剪接 的转酯反应模型
L-19具有酶的主要特 征：专一性强，加快 反应速度，反应前后 酶分子保持不变
L-19 IVS所催化的水解反应和连接反应
异议
引入法
用基因工程方法改造和制备全新的抗体酶 是一种很有前途和发展潜力的抗体酶制备 方法。
将催化基因引入到特异抗体的抗原结合 位点上，使其获得催化功能。 也可以针对性地改变抗体结合区的某些 氨基酸序列，以获得高效的抗体酶。
引入法
对于已产生的单抗，分析抗体结合部位 的氨基酸顺序或对应的碱基顺序。 通过对抗体酶结合部位氨基酸对应的基 因序列进行定点突变，希望能在抗体结 合部位换上有催化作用的氨基酸。 改变抗体酶的催化效率。

抗体酶的综述

抗体酶的综述摘要：催化抗体也叫抗体酶，是具有催化活性的免疫球蛋白，通过改变抗体中与抗原结合的微环境，并在适当的部位引入相应的催化基团，所产生的具有催化活性的抗体。

高中的时候学生物时简单的理解抗体就是说把抗原打到动物体内，动物必定要产生一种物质消灭抗原叫抗体，这个抗体就是抗体酶，所谓抗体酶，说白了就是有催化活性的抗体。

抗体酶自1986年研制成功以来,在生物学、化学、医学、制药等诸多学科中发挥着重要的作用,它开创了催化剂研究和生产的崭新领域.抗体酶的研究深化了对酶本质的认识,丰富了酶的种类,是酶学研究的一大进步。

导言：抗体酶是具有催化活性的免疫球蛋白,它既具有抗体的高效选择性,又能像酶那样高效催化化学反应,开创了催化剂研究的崭新领域正文：抗体酶是具有催化活性的免疫球蛋白,它既具有抗体的高效选择性,又能像酶那样高效催化化学反应,开创了催化剂研究的崭新领域.本文从抗体酶的作用机理、设计与制备、应用领域、存在的问题和研究展望等多个角度进行综述.抗体酶或催化抗体是一种新型人工酶制剂，它是依据对酶分子催化反应机制的理解，结合免疫球蛋白的分子识别特性，应用免疫学、细胞生物学、化学和分子生物学等技术制备的具有高度底物专一性及特殊催化活力的新型催化抗体。

1946年，鲍林(Pauling)用过渡态理论阐明了酶催化的实质，即酶之所以具有催化活力是因为它能特异性结合并稳定化学反应的过渡态(底物激态)，从而降低反应能级。

1969年杰奈克斯(Jencks)在过渡态理论的基础上猜想：若抗体能结合反应的过渡态，理论上它则能够获得催化性质。

抗体酶的利用价值：从抗体酶的实践看出，抗体酶是研究酶作用机理的有力工具。

酶抑制剂的研究支持了Pauling过渡态理论，但它只能提供作用过程中结合专一性的信息，不能给出结合后发生催化反应以及结合与催化之间的关系。

抗体酶实验则弥补了这一缺陷。

除了基础理论研究的价值，抗体酶的应用前景也令人鼓舞。

Lerner指出，若将催化水解反应的抗体酶研究深入下去，极有可能得到一种新型蛋白酶，这种抗体酶在医学上可用来专一破坏病毒蛋白质及清除体内“垃圾”。

抗体酶在生物催化领域的应用

制备方法:(1)过渡态类似物的构建:由于准确的过渡状态很难确定或合成, 因此, 制备抗体酶使用的半抗原是过渡态类似物, 这一步是关键。(2)抗原的 制备:将人工设计并构建的过渡态类似物(半抗原), 用化学方法与载体蛋白相 连成完全抗原, 然后免疫动物。(3)利用单克隆抗体筛选技术制备抗体酶, 这 种杂交瘤细胞能够产生单一的抗体, 又能在细胞培养条件下快速繁殖,可以大 量制备单一抗体。
抗体酶可催化趋向性反应及非趋向性反应, 后者可能分为两种情况:一 是在放热分解反应中控制反应构象, 使多产物反应转变为单产物生成为主的 反应;另一种情况是降低反应中过渡态能障。但抗体酶缺少天然酶的韧性或 扭曲性, 没有天然酶所具有的底物去稳作用, 而可能只起稳定过渡态的作用。
LICME
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
经筛选和纯化就可获得具有原来酶活性的抗体酶。因为抗原与该抗原 产生的抗体具有互补性, 经两次拷贝, 就把酶的活性部位的信息翻录到 抗体酶上了, 使该抗体酶活性中心的空间结构与原酶的形状完全一致, 保证了对同底物的特异性。
LICME
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
（3） 抗体结合部位修饰法
将催化基团或辅助因子引入到抗体的抗原结合部位，一般 可采用两种方法: 即选择性化学修饰法和基因工程定点突变法 。
抗体结构 LICME
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
二.抗体酶的作用原理
抗体酶是生物体受抗原诱导产生的具有催化能力的抗体, 其在结构上与 抗原高度互补并能与之特异结合。通过设计化学反应过渡态或中间体类似物 作为半抗原, 诱导机体产生抗体, 产生的抗体能特异性地识别过渡态分子, 降低反应的活化能, 达到催化反应的目的。抗体酶和所有的抗体一样, 都 是由两条轻链和两条重链构成, 抗原与轻链和重链的可变区特异性结合, 因 此可变区的氨基酸的排列顺序决定了抗体分子的特异性, 其本质是一类具 有催化活性的免疫球蛋白, 可变区赋予其酶的属性, 所以也称为催化抗体
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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（Catalytic antibody)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。
本质上是一类具有催化活力的免疫球蛋
过渡态理论

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。
与反应过渡状态结合作用
在酶催化的反应中，与酶的活性中心形 成复合物的实际上是底物形成的过渡状 态， 酶与过渡状态的亲和力要大于酶与底物 或产物的亲和力。
抗体酶设想
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：
10.1 模拟酶
11.1.1 模拟酶的概念
模拟酶又称人工酶或酶模型，是在分子 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 化学的一门学科，是从分子水平上模拟生物 功能的一门边缘学科。
模拟酶是20世纪60年代发展起来的一个新的研 究领域，是仿生高分子的一个重要的内容。
–酶的作用机制：过渡态理论
–对简化的人工体系中识别、结合和催化的研究
• 超分子化学
– 主-客体化学：主体和客体在结合部位的空间及 电子排列的互补
– 超分子：该分子形成源于底物和受体的结合， 这种结合基于非共价键相互作用，当接受体与 络合离子或分子结合形成稳定的，具有稳定结 构和性质的实体，形成超分子 – 功能：分子识别、催化、选择性输出
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。
根据Kirby分类法
–单纯酶模型：化学方法通过天然酶活性的模拟来 重建和改造酶活性 –机理酶模型：通过对酶作用机制诸如识别、结合 和过渡态稳定化的认识，来指导酶模型的设计和 合成 –单纯合成的酶样化合物：化学合成的具有酶样催 化活性的简单分子
按照模拟酶的属性



主-客体酶模型 胶束酶模型 肽酶 抗体酶 分子印迹酶模型 半合成酶
不ห้องสมุดไป่ตู้点：
1）酶与抗体的差别：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
催化性物质。
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。
酶是生物催化剂
酶是一类具有催化功能的生物分子 酶反应有两个主要的特征：

高催化效率、高选择性
1946年，Pauling用过渡态理论阐明酶催化 的实质
1）I类内含子的自我剪接(Self-splicing)
I型IVS(intervening squense,间隔序列）是与 四膜虫26srRNA前体的IVS结构相似的间隔序列， 具有环状结构。通过转磷酸酯反应，生成成熟的
26srRNA及G-IVS，G-IVS经两次环化生成L-19IVS。
催化过程需要鸟苷酸或鸟苷以及镁离子参与。
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 5 Diels-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
抗体酶的特性
2、有更强的专一性和稳定性

抗体的精细识别使其能结合几乎任何天然的 或合成的分子
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。
2. 拷贝法
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。
生物工程酶 核酸类:
Ribozyme Deoxyribozyme
克隆酶
其它：模拟酶
遗传修饰酶 蛋白质工程新酶 、
二、核酶的分类
I型内含子
剪接型核酶
II型内含子
锤头核酶 剪切型核酶 发夹核酶 自体催化 丁型肝炎病毒（HDV)核酶 RNaseP 异体催化
1.剪接型核酶
剪接型核酶的作用机制是通过既剪
又接的方式除去内含子（Intron)。
过渡态理论与抗体酶
如果使抗原最大限度地接近某一特定反 应的过渡态，就可能使诱导的抗体在与 之结合时发挥催化作用。 实际所采用的过渡态抗原知识推测而设 计的过渡态类似物。 用过渡态类似物诱导的抗体所催化的反 应并非该类似物本身，而是与其相似的 另一种反应。
抗体酶的特性
一种对酶促反应过渡态特异的抗体 结合了酶与抗体的优点，既可以起酶促催化 作用，又可以起抗体的选择性和专一性结合 抗原的作用。 1、能催化一些天然酶不能催化的反应 有许多化学反应还没有已知酶催化进行 抗体的多样性决定了抗体酶催化反应类型 多样性 抗体酶可以根据需要人工裁制
2.模拟酶的活性功能基 酶分子中直接与酶催化反应 有关的活性中心，通常是由几个活性功能基组成。 例如牛胰核糖核酸酶的催化中心是肽链序列中第12位 和第119位的两个组氨酸。 C.G.奥弗贝格等根据胰凝乳蛋白酶的催化中心与丝 氨酸的羟基、组氨酸的咪唑基和天冬氨酸的羧基有关 的事实，用乙烯基苯酚与乙烯基咪唑进行共聚合，制 得带有羟基和咪唑基的-胰凝乳蛋白酶模型,用这个模 型聚合物作为3-乙酰氧基－N－三甲基碘化苯胺,水解 的催化剂，当pH为9.1时,其活性比单一的乙烯基咪唑 高63倍。

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。
抗体酶的发现
Lerner和Schultz分别领导各自的研究小组 首次观察到了抗体具有选择性的催化活性。 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。
10.1.2
抗体酶（Abzyme)
内容
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
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。
抗体与酶的异同：
相同点：都是蛋白质，都有特异性。
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
四、抗体酶的应用
1.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。
2. 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。
第二节 核 酶（Ribozyme)
一、核酶的概念 二、核酶的种类 三、核酶的应用 四、核酶面临的问题 五、影响核酶活性的因素
一、核酶的概念
具有生物催化功能的RNA。
蛋白质类：天然酶
极端酶 抗体酶 生物催化剂 （Biocatalyst）
enzyme
extremozyme abzyme
主-客体模型
1.环糊精模拟酶----水解酶的模拟
环糊精的分子结构
水解酶模型
研究热点
环糊精（CD）分子
原来：在CD的两面引入催化基团，通过柔性或 刚性加冕引入疏水基团，改善CD的疏水结合和 催化功能 现在，桥联环糊精和聚合环糊精，可得到双重 或多重疏水结合作用和多重识别作用

2.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
胶束酶模型
目前模拟酶的研究主要有以下几方面：
1.模拟酶的金属辅基: 有一类复合酶,除蛋白质外,还有含金属的有机小分 子物质或简单的金属，叫做辅酶或辅基。辅基在催 化反应中起着重要的作用。有一些研究工作就是模 拟酶分子中的金属辅基。 例如，模拟过氧化氢酶分子中的铁卟啉辅基，合成 了分解过氧化氢的酶模型──三亚乙基四胺与三价 铁离子的络合物。这个模型在pH9.5和25℃的条件下， 其催化速率是血红蛋白或正铁血红素在同样条件下 的一万倍。化学模拟生物固氮同样是模拟固氮酶的 金属辅基。
5.模拟酶的高分子作用方式 酶是一类由氨基酸组成，以多肽链为骨架的 生物大分子。人们利用高分子化合物作为模 型化合物的骨架，引入活性功能基来模拟酶 的高分子作用方式。 例如，用分子量为40000～60000的聚亚乙基 亚胺作为模型化合物的骨架，引入10％摩尔 的十二烷基和15％摩尔的咪唑基，合成一个 硫酸酯酶模型.用这个模型聚合物催化苯酚 硫酸酯类化合物的水解，其活性比天然的Ⅱ 型芳基硫酸酯酶高100倍。
3.模拟酶与底物的作用 酶分子具有一定的空间构型，它与被催化 的底物的作用在构型上有较严格的匹配关 系，体现了酶的专一性。为了模拟酶的结 合功能，近年来人们合成了许多冠醚化合 物来模拟酶。随着冠醚空穴尺寸的不同， 其对底物的选择性也不一样。