第七章抗体酶
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IgG 结构图
抗体与酶的异同
相同点：都是蛋白质，都有特异性。 相同点：都是蛋白质，都有特异性。 不同点： 不同点： 1）抗体无催化活力，酶有催化活力。 ）抗体无催化活力，酶有催化活力。 2）本质差别：酶是能与反应过渡态选择结 ）本质差别： 合的催化物质， 合的催化物质，抗体是和基态紧密结合的 物质。 物质。 • 3）酶的活性和合成受到代谢调节，种类有 ）酶的活性和合成受到代谢调节， 限。 • 抗体只有在抗原存在时才产生，种类无限。 抗体只有在抗原存在时才产生，种类无限。 • • • •
利用疫动物得 到抗酶的抗体，再将此抗体免疫 到抗酶的抗体， 动物并进行单克隆化， 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， 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。 获得具有原来酶活性的抗体酶。
拷贝法制备抗体酶示意图
酶 联免疫分析
• 酶联免疫吸附分析（enzyme-linked 酶联免疫吸附分析（ immunosorbent assay ELISA）是将酶 ） 作为标记物质，使之和抗原（或抗体） 作为标记物质，使之和抗原（或抗体）结 合形成酶与抗原（或抗体）复合物， 合形成酶与抗原（或抗体）复合物，然后 再根据待测抗体（或抗原） 再根据待测抗体（或抗原）与复合物专一 且定量的结合关系， 且定量的结合关系，通过测定待测抗体 或抗原）结合的标记酶活力， （或抗原）结合的标记酶活力，从而计算 出抗原或抗体的量。 出抗原或抗体的量。
•静脉给药后，当药物扩散至肿瘤细胞 的表面或附近，抗体酶就会将前药迅速 水解释放出抗肿瘤药物，从而提高肿瘤 细胞局部药物浓度，增强对肿瘤的杀伤 力，达到提高肿瘤化疗效果的目的。 当然前药只能被抗体酶水解而不能被内 源性酶水解，抗原还要尽量减少免疫原 性
抗体酶的综述
抗体酶的综述2012级临床…………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。
本文从抗体酶的定义、作用原理、制备、利用价值多个角度进行综述。
【关键词】抗体酶；作用原理；制备；利用价值定义；。
是一种新型人工酶制剂，是一种具有催化功能的抗体分子，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。
抗体酶催化的反应及其原理抗体酶能催化酯水解反应，Oxy—Cope重排反应，还原反应，环氧化及氧化物开环反应， Diels—Alder反应，Claisen重排反应。
[5] 而在抗体催化的反应中，研究最广泛的是酯水解反应，所以在这里只介绍一下酯水解反应的原理。
酯水解反应的过渡态是带负电荷的四面体结构。
7以MOPCI67催化碳酸脂水解为例说明。
首先通过化学合成过渡态磷酸脂的类似物——硝基苯磷酰胆碱脂，利用过渡态类似物作为半抗原，并将其与牛血清蛋白偶合，制成抗原注入动物体内，动物体的血液中就会产生可以和过渡态碳酸脂特异性结合的抗体MOPCl67，然后采用单克隆技术分离纯化出MOPCI67。
在抗体催化碳酸脂反应中，MOPCI67和过渡态碳酸脂结合后，提高了反应物过渡态的稳定性，降低了反应的活化能，从而加速了水解反应的进程。
该反应的产物生成速度常数l(c 达到了(o．40±0．04)/min，米氏常数Km为208±431mol抗体酶的制备方法制备抗体酶的方法有拷贝法、引入法、诱导法、化学修饰法和基因工程法等，1、拷贝法拷贝法主要根据抗体生成过程中抗原-抗体互补性来设计的。
该法操作步骤简单，对于来源紧张的酶来说可用生产单克隆抗体的方法来大量生产，不足之处是这类抗体酶需要筛选，具有一定的盲目性。
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
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。
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
（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。
第七章 抗体酶
抗体酶：其本质上是免疫球 蛋白，只是在其可变区被赋予了 酶的属性，因此抗体酶又称为催 化抗体（Catalytic Antibody)。
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
催化抗体与酶化抗体 与 酶的共同点
能高选择性地与 靶分子结合
酶与底物的结合及抗体 与抗原的结合都是高度 专一性
抗体
结 合 区： 抗体分 子上有两个抗原结 合区 可变区（V区） 稳定区（C区）
抗体是由B细胞受抗原刺 激后所分泌的蛋白质
抗体分子：由四 条肽链所组成， 两条重链（H链） 两条轻链（L链）
抗体与半抗原的识别包括了 疏水、静电和氢键等的相互作用。 半抗原在抗体结合部位中的取向 是由它的2个羧基的特异相互作用 决定的。
四、抗体酶的应用
1、抗体酶在有机合成中的应用 应用： —抗体酶能催化立体专一性的反应； —能区分动力学上的外消旋混合物； —能催化内消旋底物合成相同手性(homochiral)的产 物。 2. 用于阐明化学反应机制 3． 抗体酶在医疗上的应用
例如，可以设计抗体酶杀死特殊的病原体，也可用抗体酶活化处于靶部位的 药物前体，以降低药物毒性，增加其在体内的稳定性。
稳定半抗原是通过下列因素实现 的：带正电的Arg-L96与带负电的磷 氧基靠近，形成静电吸引；由HisH35，Tyr-H33和Tyr-L94与磷氧基的 氧形成的氢键。
催化抗体制备方法
1 稳定过渡态法 2、抗体与半抗原互补法 4 诱导法 3 拷贝法 5 引入法 6 催化抗体的化学修 饰制备法
随着抗体酶研究的深入，人们利 用了酶催化业已确立的催化机理： ——① 稳定过渡态; ——② 酸碱催化； ——③ 亲电和亲核催化； ——④ 邻近效应 使抗体酶的制备方法不断扩展， 目前已开发出数种产生抗体酶的方法。
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
催化抗体与酶化抗体 与 酶的共同点
能高选择性地与 靶分子结合
酶与底物的结合及抗体 与抗原的结合都是高度 专一性
抗体
结 合 区： 抗体分 子上有两个抗原结 合区 可变区（V区） 稳定区（C区）
抗体是由B细胞受抗原刺 激后所分泌的蛋白质
抗体分子：由四 条肽链所组成， 两条重链（H链） 两条轻链（L链）
抗体与半抗原的识别包括了 疏水、静电和氢键等的相互作用。 半抗原在抗体结合部位中的取向 是由它的2个羧基的特异相互作用 决定的。
四、抗体酶的应用
1、抗体酶在有机合成中的应用 应用： —抗体酶能催化立体专一性的反应； —能区分动力学上的外消旋混合物； —能催化内消旋底物合成相同手性(homochiral)的产 物。 2. 用于阐明化学反应机制 3． 抗体酶在医疗上的应用
例如，可以设计抗体酶杀死特殊的病原体，也可用抗体酶活化处于靶部位的 药物前体，以降低药物毒性，增加其在体内的稳定性。
稳定半抗原是通过下列因素实现 的：带正电的Arg-L96与带负电的磷 氧基靠近，形成静电吸引；由HisH35，Tyr-H33和Tyr-L94与磷氧基的 氧形成的氢键。
催化抗体制备方法
1 稳定过渡态法 2、抗体与半抗原互补法 4 诱导法 3 拷贝法 5 引入法 6 催化抗体的化学修 饰制备法
随着抗体酶研究的深入，人们利 用了酶催化业已确立的催化机理： ——① 稳定过渡态; ——② 酸碱催化； ——③ 亲电和亲核催化； ——④ 邻近效应 使抗体酶的制备方法不断扩展， 目前已开发出数种产生抗体酶的方法。
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”。
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即酶的催化在于能结合底物产生过渡态，降 低能障（反应的活化能）。 以过渡态类似物作为半抗原，诱导与其 互补构象的抗体，使其具有催化活性，可观 察到抗体催化相应底物发生化学反应。
用设计好的半抗原，通过间隔链与载 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。
1.反应性免疫 利用反应性半抗原迸行的，这种半抗原可在生 理pH下释放出传统的过渡态类似物，或者在 免疫应答的B细胞水平上捕获亲核体。
2.抗体酶的化学筛选 使用基于机理的筛选试剂可从抗体组合库中通 过化学选择筛选出抗体。
3.抗体酶催化的化学转化 催化抗体是不对称合成的理想催化剂，抗体催 化的反应已达80余种，而且还在不断增加。
例 1：
Schultz研究小组以羧酸二酯水解反应的 过渡态类似物对硝基苯磷酰胆碱作为半抗原，诱 导产生单克隆抗体，经过筛选找到一株 MOPC167。使水解反应速度加快 12 000倍。
例2：
Napper等用一个环化的磷酸酯作为过渡态类似物，得到 单克隆抗体24B11
1、可催化外消旋的羟基羧酸酯分子内环化形成内酯； 2、加速反应167倍； 3、产物中一种对映体的含量比另一种高出94％。 这类抗体可用于含有酸或醇功能基的合成中间物的手性拆分，
1.抗体酶在有机合成中的应用
抗体的多样性，专一性标志着抗体酶的
应用潜力巨大。精细化工产品和合成材 料需要精确底物专一性和立体专一性的 催化剂，而这正是催化抗体的突出特点。 天然酶不能催化的反应，可通过设计定 做抗体酶来弥补天然酶的不足。
2. 用于阐明化学反应机制
3. 抗体在医疗上的应用
抗体酶既具有抗体功能，又能执行一定
3.多底物类似物法
很多酶的催化作用要有辅因子参与， 辅因子包括金属离子、血红素、硫胺素 等。
因此，将辅因子引入抗体结合部位将 会扩大抗体催化作用的范围。
用多底物类似物对动物进行一次免疫， 可产生既有辅因子结合部位，又有底物 结合部位的抗体。
4. 抗体结合部位修饰法 在抗体的抗原结合部位引入催化基团。
有重要的商业价值。
2.抗体与半抗原互补法
抗体与其配体的相互作用是相当精确的。 抗体常含有与配体功能互补的特殊功能基。在 开发诱导抗体酶的产生时，一个重要的目标是 产生的抗体结合部位的催化基团和半抗原的结 合直接相关。
例：Shokat等利用 抗体与半抗原之
间的电荷互补性
制备了针对带正 电半抗原的抗体
基因工程定点突变法
通过基因工程，精确地将催化基团引 入到抗体的结合部位上。
例：Schultz小组用此法将催化基团组氨酸 插入到对二硝基苯专一的抗体 （MOPC315）的结合部位。合成了VL片 断的基因，其中抗体结合部位的Tyr34被 组氨酸取代,然后用大肠杆菌表达重组的 VL,再将VL链与天然的VH链组合在一起， 则得到具有显著酯解活力的抗体酶。
的催化功能。
例如，用抗体酶活化处于靶部位的药物 前体，以降低药物毒性，增加其在体内 的稳定性。
例如： 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。
四、抗体酶研究进展
主要进展表现在如下3个方面： （1）半抗原设计方法有创新； （2）抗体催化的化学转化范围有所扩大； （3）又有一些催化抗体的结构得到表征。
方法有两种： （1）选择性化学修饰法 （2）基因工程定点突变法
亲和标记（修饰法的重要一种技术）
1、可裂解亲和试剂与抗体作用； 2、用二硫苏糖醇（DTT）处理，则在抗体结合部位附
近引入巯基；
3、用此巯基作为锚引入其他化学功能基（如咪唑）。
例：使用可裂解亲和标记物将含巯基的柄 状亲核基团引入到抗2，4-二硝基苯酚 （DNP）的单抗的抗原结合位点，得到的 抗体酶对含有(DNP)与香豆素的羧酸酯的水 解反应的催化效率比二硫苏糖醇高104倍。
1969年， Jentcks根据Panling的化学反应过渡 态理论预言，用过渡态类似物，作为半抗原， 产生的抗体，该抗体具有酶催化反应的基本特 征。
1986年《Science》同时发表了两篇来自由 Lemer和Schultz分别领导的两个研究组的发现 具有酶催化能力的抗体研究报告，揭开研究抗 体酶的热潮。 取得的成果：
特点：
1、反应专一性相当于或超过自然酶反应的专一 性，
2、催化速度有的可达到自然酶催化的水平。但 一般来说比非催化反应快 102～106倍，比天然 酶催化反应速度慢，仅为它的 10-4-制备方法
1. 诱导法 以Pauling的稳定过渡态理论为指导，
5. 抗体库法
即用基因克隆技术将全套抗体重链和轻 链可变区基因克隆出来,重组到原核表达 载体，通过大肠杆菌直接表达有功能的 抗体分子片断，从中筛选特异性的可变 区基因。
三、抗体酶的应用
在抗体酶被发现的13年以后，他们才 开始进入商业领域。目前已有一些公司， 比如：美国的Med-Immune 和Prolifaron 公司以及以色列的Advanced Biotech Ltd. 致力于抗体酶的商业应用，并且取得了 一些业绩。
第七章 抗体酶
一、抗体酶概述
抗体是和抗原结合的物质。
抗体与靶分子精确匹配。 产生高度特异性和亲和性。 免疫系统可以产生108～1010个不同的抗体分
子（多样性 ）
抗体结构
抗体分子是由 两条轻链( L链) 和两条重链(H 链)通过链间二 硫键连接而成 的四肽链结构。
能否利用抗体的这些特性将抗体 开发成象酶那样的催化剂呢？
天然酶所催化的6种酶促反应 数十种类型的常规反应的抗体酶。包括酯、
羧酸和酰胺键的水解，酰胺形成，光诱导裂 解和聚合，酯交换，等等。
抗体酶（abzyme）：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白，在其可变区赋 予了酶的属性，也叫催化抗体。
用设计好的半抗原，通过间隔链与载 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。
1.反应性免疫 利用反应性半抗原迸行的，这种半抗原可在生 理pH下释放出传统的过渡态类似物，或者在 免疫应答的B细胞水平上捕获亲核体。
2.抗体酶的化学筛选 使用基于机理的筛选试剂可从抗体组合库中通 过化学选择筛选出抗体。
3.抗体酶催化的化学转化 催化抗体是不对称合成的理想催化剂，抗体催 化的反应已达80余种，而且还在不断增加。
例 1：
Schultz研究小组以羧酸二酯水解反应的 过渡态类似物对硝基苯磷酰胆碱作为半抗原，诱 导产生单克隆抗体，经过筛选找到一株 MOPC167。使水解反应速度加快 12 000倍。
例2：
Napper等用一个环化的磷酸酯作为过渡态类似物，得到 单克隆抗体24B11
1、可催化外消旋的羟基羧酸酯分子内环化形成内酯； 2、加速反应167倍； 3、产物中一种对映体的含量比另一种高出94％。 这类抗体可用于含有酸或醇功能基的合成中间物的手性拆分，
1.抗体酶在有机合成中的应用
抗体的多样性，专一性标志着抗体酶的
应用潜力巨大。精细化工产品和合成材 料需要精确底物专一性和立体专一性的 催化剂，而这正是催化抗体的突出特点。 天然酶不能催化的反应，可通过设计定 做抗体酶来弥补天然酶的不足。
2. 用于阐明化学反应机制
3. 抗体在医疗上的应用
抗体酶既具有抗体功能，又能执行一定
3.多底物类似物法
很多酶的催化作用要有辅因子参与， 辅因子包括金属离子、血红素、硫胺素 等。
因此，将辅因子引入抗体结合部位将 会扩大抗体催化作用的范围。
用多底物类似物对动物进行一次免疫， 可产生既有辅因子结合部位，又有底物 结合部位的抗体。
4. 抗体结合部位修饰法 在抗体的抗原结合部位引入催化基团。
有重要的商业价值。
2.抗体与半抗原互补法
抗体与其配体的相互作用是相当精确的。 抗体常含有与配体功能互补的特殊功能基。在 开发诱导抗体酶的产生时，一个重要的目标是 产生的抗体结合部位的催化基团和半抗原的结 合直接相关。
例：Shokat等利用 抗体与半抗原之
间的电荷互补性
制备了针对带正 电半抗原的抗体
基因工程定点突变法
通过基因工程，精确地将催化基团引 入到抗体的结合部位上。
例：Schultz小组用此法将催化基团组氨酸 插入到对二硝基苯专一的抗体 （MOPC315）的结合部位。合成了VL片 断的基因，其中抗体结合部位的Tyr34被 组氨酸取代,然后用大肠杆菌表达重组的 VL,再将VL链与天然的VH链组合在一起， 则得到具有显著酯解活力的抗体酶。
的催化功能。
例如，用抗体酶活化处于靶部位的药物 前体，以降低药物毒性，增加其在体内 的稳定性。
例如： 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。
四、抗体酶研究进展
主要进展表现在如下3个方面： （1）半抗原设计方法有创新； （2）抗体催化的化学转化范围有所扩大； （3）又有一些催化抗体的结构得到表征。
方法有两种： （1）选择性化学修饰法 （2）基因工程定点突变法
亲和标记（修饰法的重要一种技术）
1、可裂解亲和试剂与抗体作用； 2、用二硫苏糖醇（DTT）处理，则在抗体结合部位附
近引入巯基；
3、用此巯基作为锚引入其他化学功能基（如咪唑）。
例：使用可裂解亲和标记物将含巯基的柄 状亲核基团引入到抗2，4-二硝基苯酚 （DNP）的单抗的抗原结合位点，得到的 抗体酶对含有(DNP)与香豆素的羧酸酯的水 解反应的催化效率比二硫苏糖醇高104倍。
1969年， Jentcks根据Panling的化学反应过渡 态理论预言，用过渡态类似物，作为半抗原， 产生的抗体，该抗体具有酶催化反应的基本特 征。
1986年《Science》同时发表了两篇来自由 Lemer和Schultz分别领导的两个研究组的发现 具有酶催化能力的抗体研究报告，揭开研究抗 体酶的热潮。 取得的成果：
特点：
1、反应专一性相当于或超过自然酶反应的专一 性，
2、催化速度有的可达到自然酶催化的水平。但 一般来说比非催化反应快 102～106倍，比天然 酶催化反应速度慢，仅为它的 10-4-制备方法
1. 诱导法 以Pauling的稳定过渡态理论为指导，
5. 抗体库法
即用基因克隆技术将全套抗体重链和轻 链可变区基因克隆出来,重组到原核表达 载体，通过大肠杆菌直接表达有功能的 抗体分子片断，从中筛选特异性的可变 区基因。
三、抗体酶的应用
在抗体酶被发现的13年以后，他们才 开始进入商业领域。目前已有一些公司， 比如：美国的Med-Immune 和Prolifaron 公司以及以色列的Advanced Biotech Ltd. 致力于抗体酶的商业应用，并且取得了 一些业绩。
第七章 抗体酶
一、抗体酶概述
抗体是和抗原结合的物质。
抗体与靶分子精确匹配。 产生高度特异性和亲和性。 免疫系统可以产生108～1010个不同的抗体分
子（多样性 ）
抗体结构
抗体分子是由 两条轻链( L链) 和两条重链(H 链)通过链间二 硫键连接而成 的四肽链结构。
能否利用抗体的这些特性将抗体 开发成象酶那样的催化剂呢？
天然酶所催化的6种酶促反应 数十种类型的常规反应的抗体酶。包括酯、
羧酸和酰胺键的水解，酰胺形成，光诱导裂 解和聚合，酯交换，等等。
抗体酶（abzyme）：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白，在其可变区赋 予了酶的属性，也叫催化抗体。