化學(xué)人工酶和生物酶工程ppt課件

1、化學(xué)人工酶和生物酶工程第八章第八章主講人余子全主講人余子全第一節(jié)第一節(jié) 化學(xué)人工酶化學(xué)人工酶根據(jù)合成方法分類根據(jù)合成方法分類半合成酶半合成酶全合成酶如抗體酶）全合成酶如抗體酶）此外，根據(jù)有關(guān)酶和輔酶的知識，用有機(jī)化學(xué)合成的方法設(shè)計、此外，根據(jù)有關(guān)酶和輔酶的知識，用有機(jī)化學(xué)合成的方法設(shè)計、合成比輔酶分子更小簡單的輔酶模型化合物，研究其在非酶促合成比輔酶分子更小簡單的輔酶模型化合物，研究其在非酶促條件下的反應(yīng)活性和催化機(jī)理。條件下的反應(yīng)活性和催化機(jī)理。 化學(xué)人工酶化學(xué)人工酶Artifical enzyme)：根據(jù)酶的催化原理，模擬天然酶根據(jù)酶的催化原理，模擬天然酶的生物催化功能，利用有機(jī)化學(xué)的生物

2、催化功能，利用有機(jī)化學(xué)和生物學(xué)的方法合成的具有專一和生物學(xué)的方法合成的具有專一催化功能的酶的模擬物。催化功能的酶的模擬物。一、半合成酶一、半合成酶(Semisynthetic enzyme)半合成酶：將具有一定結(jié)構(gòu)和功能的物質(zhì)與特異半合成酶：將具有一定結(jié)構(gòu)和功能的物質(zhì)與特異的蛋白質(zhì)結(jié)合，形成的一類具有新的生物催化功的蛋白質(zhì)結(jié)合，形成的一類具有新的生物催化功能的催化劑能的催化劑半合成酶的合成方法：半合成酶的合成方法：1. 將具有催化活性的金屬或金屬有機(jī)物與具有特將具有催化活性的金屬或金屬有機(jī)物與具有特異性的蛋白質(zhì)相結(jié)合異性的蛋白質(zhì)相結(jié)合2. 將具有特異性的物質(zhì)與具有催化功能的酶相結(jié)將具有特異性的

3、物質(zhì)與具有催化功能的酶相結(jié)合合 Gray與與Margalit將電子傳遞催化劑將電子傳遞催化劑Rn釕釕(NH3)53+，與巨頭鯨肌紅蛋白結(jié)合，產(chǎn)生半合成的無機(jī)生物酶。與巨頭鯨肌紅蛋白結(jié)合，產(chǎn)生半合成的無機(jī)生物酶。肌紅蛋白傳遞氧氣，肌紅蛋白傳遞氧氣， Rn(NH3)53+能氧化各種有機(jī)物能氧化各種有機(jī)物(如抗壞血酸如抗壞血酸)。接近天然的抗壞血酸氧化酶的活力。接近天然的抗壞血酸氧化酶的活力。（與蛋白結(jié)合的優(yōu)勢）（與蛋白結(jié)合的優(yōu)勢）美國美國Schultz小組，寡聚核苷酸鏈連接到小組，寡聚核苷酸鏈連接到RNA酶的酶的Cys166上。利用寡聚核苷酸鏈的堿基互補(bǔ)關(guān)系，顯示上。利用寡聚核苷酸鏈的堿基互補(bǔ)關(guān)系

4、，顯示出對出對RNA鏈特定位點的水解作用。第一個不同于鏈特定位點的水解作用。第一個不同于DNA限制性內(nèi)切酶的限制性內(nèi)切酶的RNA限制性內(nèi)切酶。限制性內(nèi)切酶。Kaiser小組小組 ，黃素木瓜蛋白酶，黃素木瓜蛋白酶(FP) 木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶Cys25的巰基參與蛋白質(zhì)水解反應(yīng)。的巰基參與蛋白質(zhì)水解反應(yīng)。8-溴乙酰黃素與此溴乙酰黃素與此巰基結(jié)合后，喪失水解活性，巰基結(jié)合后，喪失水解活性，F(xiàn)P催化效率是黃素黃催化效率是黃素黃素氧化還原酶的輔酶的素氧化還原酶的輔酶的 1000倍，達(dá)到了天然黃素氧倍，達(dá)到了天然黃素氧化還原酶的活性。化還原酶的活性。二、全合成酶二、全合成酶這類人工酶不是蛋白質(zhì)抗體酶除外）

5、，而是這類人工酶不是蛋白質(zhì)抗體酶除外），而是一些有機(jī)化合物通過引入酶的催化基團(tuán)來控制一些有機(jī)化合物通過引入酶的催化基團(tuán)來控制空間構(gòu)象，像天然酶那樣能催化特異性的化學(xué)空間構(gòu)象，像天然酶那樣能催化特異性的化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)?？贵w酶抗體酶小分子有機(jī)化合物小分子有機(jī)化合物人工聚合物酶人工聚合物酶抗體酶的理論基礎(chǔ)抗體酶的理論基礎(chǔ)半抗原與催化性抗體半抗原與催化性抗體抗體酶的制備方法抗體酶的制備方法抗體酶應(yīng)用抗體酶應(yīng)用（一抗體酶（一抗體酶Abzyme）是一種新型人工酶制劑，是是一種新型人工酶制劑，是20世紀(jì)世紀(jì)80年代以來年代以來出現(xiàn)的一種具有催化活性的蛋白質(zhì)，是利用生物出現(xiàn)的一種具有催化活性的蛋白質(zhì)，是利用生

6、物學(xué)和化學(xué)的成果在分子水平交叉滲透研究的產(chǎn)物，學(xué)和化學(xué)的成果在分子水平交叉滲透研究的產(chǎn)物，其本質(zhì)上是免疫球蛋白，只是在其易變區(qū)被賦予其本質(zhì)上是免疫球蛋白，只是在其易變區(qū)被賦予了酶的屬性，是一類具有生物催化功能的抗體分了酶的屬性，是一類具有生物催化功能的抗體分子。又稱為催化性抗體子。又稱為催化性抗體Catalytic Antibody），），以抗原或半抗原過渡態(tài)類似物制備的，并能以抗原或半抗原過渡態(tài)類似物制備的，并能催化其反應(yīng)的抗體。催化其反應(yīng)的抗體。抗體酶的理論基礎(chǔ)抗體酶的理論基礎(chǔ)抗原與抗體的結(jié)合具有高度專一抗原與抗體的結(jié)合具有高度專一性，這一性質(zhì)和酶與底物的結(jié)合性，這一性質(zhì)和酶與底物的結(jié)合非

7、常相似非常相似Anti-cancer tumer-targetting abzyme Pauling(1948)過渡態(tài)理論：酶之所以具有催化活性在過渡態(tài)理論：酶之所以具有催化活性在于其能夠結(jié)合并穩(wěn)定反應(yīng)底物與產(chǎn)物之間的過渡態(tài)構(gòu)于其能夠結(jié)合并穩(wěn)定反應(yīng)底物與產(chǎn)物之間的過渡態(tài)構(gòu)型，降低了底物分子的能量障礙型，降低了底物分子的能量障礙.SE過渡態(tài)過渡態(tài)過渡態(tài)類過渡態(tài)類似物似物Ab底物轉(zhuǎn)變?yōu)檫^渡態(tài)底物轉(zhuǎn)變?yōu)檫^渡態(tài)過渡態(tài)類似物合成過渡態(tài)類似物合成酶作為抗原或半抗原酶作為抗原或半抗原AbAb過渡態(tài)類過渡態(tài)類似物似物過渡態(tài)過渡態(tài)補(bǔ)充知識點：補(bǔ)充知識點：如果能夠模擬合成出酶催化反應(yīng)過渡態(tài)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)如果能夠模擬合成

8、出酶催化反應(yīng)過渡態(tài)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定物質(zhì)，該物質(zhì)便能與相應(yīng)的酶緊密結(jié)合，并成定物質(zhì)，該物質(zhì)便能與相應(yīng)的酶緊密結(jié)合，并成為酶的抑制劑，這類物質(zhì)成為酶的過渡態(tài)類似物。為酶的抑制劑，這類物質(zhì)成為酶的過渡態(tài)類似物。酶的過渡態(tài)類似物：對酶催化反應(yīng)過渡態(tài)結(jié)構(gòu)的酶的過渡態(tài)類似物：對酶催化反應(yīng)過渡態(tài)結(jié)構(gòu)的模擬的穩(wěn)定物質(zhì)，模擬的穩(wěn)定物質(zhì)， 能與酶緊密結(jié)合，是酶的抑能與酶緊密結(jié)合，是酶的抑制劑。制劑。酶與抗體的不同點：酶能夠結(jié)合并穩(wěn)定化學(xué)反應(yīng)的過酶與抗體的不同點：酶能夠結(jié)合并穩(wěn)定化學(xué)反應(yīng)的過渡態(tài)，降低反應(yīng)的活化能催化）；而抗體結(jié)合的抗渡態(tài)，降低反應(yīng)的活化能催化）；而抗體結(jié)合的抗原只是一個基態(tài)分子，沒有催化活性。原只是一個

9、基態(tài)分子，沒有催化活性。酶與抗體的共同點：酶分子與它催化反應(yīng)的過渡態(tài)互酶與抗體的共同點：酶分子與它催化反應(yīng)的過渡態(tài)互補(bǔ)，抗體與抗原互補(bǔ)；酶和抗體都是有生物活性的蛋補(bǔ)，抗體與抗原互補(bǔ)；酶和抗體都是有生物活性的蛋白質(zhì)。白質(zhì)。Lerner(1984)提出：若以過渡態(tài)類似物為半抗原，則提出：若以過渡態(tài)類似物為半抗原，則其誘發(fā)產(chǎn)生的抗體應(yīng)該與該類似物具有互補(bǔ)構(gòu)象；這種其誘發(fā)產(chǎn)生的抗體應(yīng)該與該類似物具有互補(bǔ)構(gòu)象；這種抗體與底物結(jié)合后，能夠誘導(dǎo)底物進(jìn)入過渡態(tài)結(jié)構(gòu)，從抗體與底物結(jié)合后，能夠誘導(dǎo)底物進(jìn)入過渡態(tài)結(jié)構(gòu)，從而引起催化作用。而引起催化作用。1986年年Lerner在在上發(fā)表有關(guān)抗體酶研究成果，上發(fā)表有關(guān)

10、抗體酶研究成果，標(biāo)志著抗體酶研究進(jìn)入了一個新階段。標(biāo)志著抗體酶研究進(jìn)入了一個新階段。發(fā)展歷程發(fā)展歷程W. P. Jencks(1969)以為：酶分子與其催化反應(yīng)的過以為：酶分子與其催化反應(yīng)的過渡態(tài)在結(jié)構(gòu)和電荷兩方面呈互補(bǔ)，即酶分子充當(dāng)了反應(yīng)渡態(tài)在結(jié)構(gòu)和電荷兩方面呈互補(bǔ)，即酶分子充當(dāng)了反應(yīng)物的模板，使底物分子轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌臉?gòu)型；如果抗體能結(jié)物的模板，使底物分子轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌臉?gòu)型；如果抗體能結(jié)合過渡態(tài)，那么在理論上便能獲得催化活性。合過渡態(tài)，那么在理論上便能獲得催化活性。優(yōu)勢優(yōu)勢1 產(chǎn)生新酶產(chǎn)生新酶2 立體專一性立體專一性3 催化不利的反應(yīng)過程催化不利的反應(yīng)過程運用運用醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué) 藥物藥物 抗病毒抗病毒工業(yè)

11、工業(yè) 化工化工 資料資料抗體酶的反應(yīng)類型：碳酸鹽水解、脂水解、酰胺水抗體酶的反應(yīng)類型：碳酸鹽水解、脂水解、酰胺水解、解、Claisen重排、酰胺化、內(nèi)酯化、轉(zhuǎn)酯、光分重排、酰胺化、內(nèi)酯化、轉(zhuǎn)酯、光分解依賴光）、光二聚化、解依賴光）、光二聚化、-消除、順反異構(gòu)化、消除、順反異構(gòu)化、脫羧、金屬螯合、亞胺化、氧化等脫羧、金屬螯合、亞胺化、氧化等40多種反應(yīng)。多種反應(yīng)。半抗原：是一類小分子化合物，本身不能誘導(dǎo)免疫應(yīng)半抗原：是一類小分子化合物，本身不能誘導(dǎo)免疫應(yīng)答，只有當(dāng)共價結(jié)合到具有免疫性的蛋白質(zhì)后，注射答，只有當(dāng)共價結(jié)合到具有免疫性的蛋白質(zhì)后，注射動物才能誘導(dǎo)出與半抗原特異性結(jié)合的抗體；如果半動物才

12、能誘導(dǎo)出與半抗原特異性結(jié)合的抗體；如果半抗原是酶的過渡態(tài)結(jié)構(gòu)類似物，則有可能獲得具有催抗原是酶的過渡態(tài)結(jié)構(gòu)類似物，則有可能獲得具有催化活性的抗體，也就是抗體酶?；钚缘目贵w，也就是抗體酶。例如：以一羧基酯和酰胺水解為例，根據(jù)反應(yīng)機(jī)理，其過渡例如：以一羧基酯和酰胺水解為例，根據(jù)反應(yīng)機(jī)理，其過渡態(tài)應(yīng)該為一個四面體結(jié)構(gòu)，以具有四面體結(jié)構(gòu)的高能中間類態(tài)應(yīng)該為一個四面體結(jié)構(gòu)，以具有四面體結(jié)構(gòu)的高能中間類似物為半抗原，均能獲得預(yù)期的抗體酶；該抗體酶與過渡態(tài)似物為半抗原，均能獲得預(yù)期的抗體酶；該抗體酶與過渡態(tài)類似物具有完全互補(bǔ)的立體結(jié)構(gòu)。類似物具有完全互補(bǔ)的立體結(jié)構(gòu)。半抗原與催化性抗體半抗原與催化性抗體1、

13、半抗原設(shè)計中應(yīng)考慮：、半抗原設(shè)計中應(yīng)考慮： (1)產(chǎn)生的抗體能否具有預(yù)期的催化活性。產(chǎn)生的抗體能否具有預(yù)期的催化活性。 (2)能否刺激機(jī)體免疫應(yīng)答。能否刺激機(jī)體免疫應(yīng)答?？贵w酶的制備方法抗體酶的制備方法拷貝法拷貝法修飾法修飾法誘導(dǎo)法誘導(dǎo)法1、拷貝法：用已知的酶為抗原免疫動物，獲得抗酶、拷貝法：用已知的酶為抗原免疫動物，獲得抗酶的抗體，再用抗酶的抗體免疫動物并進(jìn)行單克隆化，的抗體，再用抗酶的抗體免疫動物并進(jìn)行單克隆化，即可獲得抗抗體，抗抗體實際上就是具有原來酶活即可獲得抗抗體，抗抗體實際上就是具有原來酶活性的抗體酶?？箍贵w二抗和抗原一樣具有和底物性的抗體酶?？箍贵w二抗和抗原一樣具有和底物結(jié)合的能

14、力）結(jié)合的能力）2、修飾法：借助于基因工程和蛋白質(zhì)工程技術(shù)，將催、修飾法：借助于基因工程和蛋白質(zhì)工程技術(shù)，將催化基團(tuán)引入到已有底物結(jié)合能力的抗體的抗原結(jié)合位點化基團(tuán)引入到已有底物結(jié)合能力的抗體的抗原結(jié)合位點上，或采用分于修飾技術(shù)，將抗體抗原結(jié)合部位的結(jié)構(gòu)上，或采用分于修飾技術(shù)，將抗體抗原結(jié)合部位的結(jié)構(gòu)改變成為酶分子的活性中心，從而產(chǎn)生有催化活性的抗改變成為酶分子的活性中心，從而產(chǎn)生有催化活性的抗體。（寡核苷酸定點誘變技術(shù)體。（寡核苷酸定點誘變技術(shù) ；選擇性化學(xué)修飾法）；選擇性化學(xué)修飾法）3、誘導(dǎo)法：用事先設(shè)計好的抗原、誘導(dǎo)法：用事先設(shè)計好的抗原(半抗原半抗原)按照一般的按照一般的單克隆制備程序

15、，獲得具有催化活性的抗體，即抗體單克隆制備程序，獲得具有催化活性的抗體，即抗體酶。酶?？贵w酶的輔因子抗體酶的輔因子 在抗體的抗原結(jié)合位點引入輔因子的方法目前有在抗體的抗原結(jié)合位點引入輔因子的方法目前有三種：三種： 1、用多種底物類似物一次免疫動物，產(chǎn)生既有、用多種底物類似物一次免疫動物，產(chǎn)生既有輔因子結(jié)合部位又有底物結(jié)合部位的抗體。輔因子結(jié)合部位又有底物結(jié)合部位的抗體。 2、用半合成法將輔因子或催化基團(tuán)引入到抗體、用半合成法將輔因子或催化基團(tuán)引入到抗體底物結(jié)合部位。底物結(jié)合部位。 3、向抗體中的一條鏈的抗原結(jié)合部位引入輔因、向抗體中的一條鏈的抗原結(jié)合部位引入輔因子子.抗體酶應(yīng)用抗體酶應(yīng)用 1、

16、切割肽鏈的抗體酶、切割肽鏈的抗體酶 2、癌癥與病毒性疾病治療、癌癥與病毒性疾病治療 3、疫苗、疫苗 4、新催化劑開發(fā)、新催化劑開發(fā) 5、藥物設(shè)計、合成、藥物設(shè)計、合成 6、治療酶缺乏遺傳病、治療酶缺乏遺傳病抗體酶新進(jìn)展抗體酶新進(jìn)展 組合抗體庫的噬菌體表面展示 抗體酶的研究進(jìn)展 Phage Display of Combinatorial Antibody Libraries Recent advances in the generation and selection of antibodies from combinatorial libraries allow for the rapid

17、production of antibodies from immune and non-immune sources. 意義意義 1、省去了單克隆抗體制備過程中許多費時費力、省去了單克隆抗體制備過程中許多費時費力的過程。的過程。 2、細(xì)胞水平進(jìn)入分子水平、細(xì)胞水平進(jìn)入分子水平 3、重輕鏈的隨機(jī)組合提高了抗體的多樣性，人、重輕鏈的隨機(jī)組合提高了抗體的多樣性，人工突變工突變 4、花費時間少、花費時間少1-2周與數(shù)月）周與數(shù)月） 5、適合非細(xì)胞工程實驗室、適合非細(xì)胞工程實驗室 6、也可用于抗體的制備、也可用于抗體的制備 利用各種有機(jī)分子利用各種有機(jī)分子(如如-環(huán)糊精、卟啉等環(huán)糊精、卟啉等)和金屬離

18、和金屬離子而制備的具有水解、氧化還原、轉(zhuǎn)氨等功能的全合成子而制備的具有水解、氧化還原、轉(zhuǎn)氨等功能的全合成酶：酶：(1)氨肽酶全合成酶：三乙撐四胺氨肽酶全合成酶：三乙撐四胺(Trien)的的Co 絡(luò)合物。絡(luò)合物。(2)轉(zhuǎn)氨全合成酶：轉(zhuǎn)氨全合成酶：Gly甘與甘與Ala丙的西佛氏堿的丙的西佛氏堿的Cu()絡(luò)絡(luò)合物。合物。(3)ATP水解全合成酶：水解全合成酶：CoEdda(H2O2)2-等。等。 -Benzyme人工酶能模擬人工酶能模擬-胰凝乳蛋白酶活性最成功胰凝乳蛋白酶活性最成功的）的） 由環(huán)糊精制成的人工轉(zhuǎn)氨酶能催化由環(huán)糊精制成的人工轉(zhuǎn)氨酶能催化酮酸與磷酸吡哆酮酸與磷酸吡哆胺專一性地合成氨基酸。

19、胺專一性地合成氨基酸。（二小分子有機(jī)化合物（二小分子有機(jī)化合物水解酶模擬：水解酶模擬： -胰凝乳蛋白酶是一種蛋白質(zhì)水解酶，具有胰凝乳蛋白酶是一種蛋白質(zhì)水解酶，具有包結(jié)底物的疏水性環(huán)狀結(jié)合部位，催化部位中含包結(jié)底物的疏水性環(huán)狀結(jié)合部位，催化部位中含有有57-組氨酸咪唑基、組氨酸咪唑基、102-天冬氨酸羧基及天冬氨酸羧基及195-絲絲氨酸羥基，三者共同織成氨酸羥基，三者共同織成 “電荷中繼系統(tǒng)在電荷中繼系統(tǒng)在催化底物水解時起著關(guān)鍵作用。近年、模擬催化底物水解時起著關(guān)鍵作用。近年、模擬-胰胰凝乳蛋白酶等水解酶的研究進(jìn)展迅速，取得一些凝乳蛋白酶等水解酶的研究進(jìn)展迅速，取得一些重要結(jié)果。重要結(jié)果。 如如

20、M.L.Bender等設(shè)計合成的等設(shè)計合成的-Benzyme催化催化醋酸間叔丁苯酯水解反應(yīng)比酶催化更快，熱穩(wěn)定醋酸間叔丁苯酯水解反應(yīng)比酶催化更快，熱穩(wěn)定性和酸堿穩(wěn)定性高于天然酶。性和酸堿穩(wěn)定性高于天然酶。RBreslow等合等合成的橋聯(lián)環(huán)糊精與成的橋聯(lián)環(huán)糊精與Cu2+的絡(luò)合物在中性條件下的絡(luò)合物在中性條件下催化一些雙疏水部位的水解反應(yīng)速率比無催化劑催化一些雙疏水部位的水解反應(yīng)速率比無催化劑時提高時提高1.81042.2105倍。倍。 醛縮酶模擬醛縮酶模擬二胺當(dāng)二胺當(dāng)m=0）、多胺）、多胺環(huán)糊精模擬醛縮酶功能，環(huán)糊精模擬醛縮酶功能，催化丙酮與對硝基苯甲催化丙酮與對硝基苯甲醛縮合，生成醛縮合，生成

21、-醇酮醇酮 ，反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)選反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)選擇性好。擇性好。橋聯(lián)環(huán)糊精催化羧酸對硝基苯酯的水解橋聯(lián)環(huán)糊精催化羧酸對硝基苯酯的水解（三人工聚合物酶（三人工聚合物酶 用分子印跡技術(shù)制備的用分子印跡技術(shù)制備的人工酶。其原理與抗體酶相同，人工酶。其原理與抗體酶相同，只是用人工聚合物代替抗體。只是用人工聚合物代替抗體。 以對硝基酚甲基磷酸酯以對硝基酚甲基磷酸酯硝基酚乙酸酯水解反應(yīng)的過渡硝基酚乙酸酯水解反應(yīng)的過渡態(tài)類似物為模板，得到的有機(jī)態(tài)類似物為模板，得到的有機(jī)功能團(tuán)的聚合物，可以催化硝基功能團(tuán)的聚合物，可以催化硝基酚乙酸酯水解。酚乙酸酯水解。1 1、分子印跡、分子印跡分子印跡分子印跡(Mol

22、ecular Impriting)：一種模擬抗體：一種模擬抗體抗原抗原相互作用的人工生物模板技術(shù)，相互作用的人工生物模板技術(shù)， 1972年由德國的年由德國的Wulff提出?？梢葬槍Σ煌哪康?，采用人工合成的方法，構(gòu)提出?？梢葬槍Σ煌哪康?，采用人工合成的方法，構(gòu)造出具有特定選擇性識別位點的模板聚合物，這種聚合造出具有特定選擇性識別位點的模板聚合物，這種聚合物可作為酶，用于生物物質(zhì)的分析、檢測、分離與純化物可作為酶，用于生物物質(zhì)的分析、檢測、分離與純化以及酶的模擬和催化合成等。以及酶的模擬和催化合成等?；瘜W(xué)模擬酶催化劑與天然的生物化學(xué)模擬酶催化劑與天然的生物酶催化劑相比酶催化劑相比,具有抗惡劣環(huán)

23、境具有抗惡劣環(huán)境的能力的能力,表現(xiàn)出高度的穩(wěn)定性和表現(xiàn)出高度的穩(wěn)定性和長的使用壽命長的使用壽命2、對特定分子、對特定分子(印跡分子或稱模板印跡分子或稱模板)具具有選擇性的聚合物過程。有選擇性的聚合物過程。包括：包括：(1)選定特定分子和單體，讓它們之間選定特定分子和單體，讓它們之間發(fā)生互補(bǔ)作用。發(fā)生互補(bǔ)作用。(2)在印跡分子一單體聚合物周圍發(fā)生在印跡分子一單體聚合物周圍發(fā)生聚合反應(yīng)。聚合反應(yīng)。(3)用抽提法從聚合物中除去印跡分子。用抽提法從聚合物中除去印跡分子。則聚合物中留有恰似印跡分子的空間，則聚合物中留有恰似印跡分子的空間，可用于高分子高選擇性分離材料。可用于高分子高選擇性分離材料。從人工

24、酶角度來看，若用過渡態(tài)類似從人工酶角度來看，若用過渡態(tài)類似物作為印跡分子，則所得聚合物具有物作為印跡分子，則所得聚合物具有相應(yīng)的催化活性，此時代替抗體的只相應(yīng)的催化活性，此時代替抗體的只是人工聚合物。是人工聚合物。3、印跡聚合物的制備及特性、印跡聚合物的制備及特性 3.1 3.1 制備制備 印跡高聚物的形成需要基質(zhì)單體、官能團(tuán)印跡高聚物的形成需要基質(zhì)單體、官能團(tuán)單體和印跡分子三者的相互作用單體和印跡分子三者的相互作用, ,其制備方其制備方法主要有兩種法主要有兩種: :由等人創(chuàng)立和發(fā)由等人創(chuàng)立和發(fā)展起來的共價鍵法展起來的共價鍵法( (預(yù)組裝預(yù)組裝) )和由和由等人發(fā)展起來的非共價鍵法等人發(fā)展起來

25、的非共價鍵法 ( (自組自組裝）裝）共價鍵法共價鍵法 印跡分子與官能團(tuán)單體以共價鍵形式結(jié)合而形成印印跡分子與官能團(tuán)單體以共價鍵形式結(jié)合而形成印跡分子的衍生物跡分子的衍生物,該衍生物在交聯(lián)劑的存在下接枝到該衍生物在交聯(lián)劑的存在下接枝到聚合物的基質(zhì)上。在印跡聚合物形成后聚合物的基質(zhì)上。在印跡聚合物形成后,再將與印跡再將與印跡分子連接的這些共價鍵打斷分子連接的這些共價鍵打斷,并將印跡分子洗脫出來并將印跡分子洗脫出來,從而形成具有吸附活性的印跡聚合物從而形成具有吸附活性的印跡聚合物.在共價鍵法中在共價鍵法中,所采用的單體通常為低分子化合物所采用的單體通常為低分子化合物,在選擇時應(yīng)考慮在選擇時應(yīng)考慮該單

26、體與印跡分子形成的共價鍵鍵能要適當(dāng)該單體與印跡分子形成的共價鍵鍵能要適當(dāng),達(dá)到在達(dá)到在聚合時能牢固結(jié)合聚合時能牢固結(jié)合,在聚合后又能完全脫除的目的在聚合后又能完全脫除的目的非共價鍵法非共價鍵法 把適當(dāng)比例的印跡分子與官能團(tuán)單體和交把適當(dāng)比例的印跡分子與官能團(tuán)單體和交聯(lián)劑混合聯(lián)劑混合,通過非共價鍵結(jié)合在一起制成非通過非共價鍵結(jié)合在一起制成非共價鍵印跡分子聚合物。這些非共價鍵包共價鍵印跡分子聚合物。這些非共價鍵包括離子鍵、氫鍵、疏水與靜電作用等。由括離子鍵、氫鍵、疏水與靜電作用等。由于這種方法與溶劑的極性密切有關(guān)于這種方法與溶劑的極性密切有關(guān),所以印所以印跡高聚物的形成是在有機(jī)溶劑中完成的跡高聚物

27、的形成是在有機(jī)溶劑中完成的3.2 3.2 特性特性 在分子印跡技術(shù)中所用的聚合物必須具有在分子印跡技術(shù)中所用的聚合物必須具有特定的物理及化學(xué)性質(zhì)特定的物理及化學(xué)性質(zhì),并對一些物理化學(xué)并對一些物理化學(xué)作用具有一定抵抗能力。作用具有一定抵抗能力。4 4 應(yīng)用實例應(yīng)用實例4.2藥物分析藥物分析基于針對不同印跡分子可設(shè)計合成出不同的印跡高基于針對不同印跡分子可設(shè)計合成出不同的印跡高聚物這一點聚物這一點,等在等在1993年提出了年提出了一種新的放射性標(biāo)記配體結(jié)合分析方法一種新的放射性標(biāo)記配體結(jié)合分析方法()測測定人體血清中的藥物。定人體血清中的藥物。4.3藥物控制釋放藥物控制釋放印跡高聚物可以吸收大量與

28、印跡分子結(jié)構(gòu)相似的物印跡高聚物可以吸收大量與印跡分子結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)質(zhì),可以被用來做為一種反應(yīng)性控制釋放載體競爭可以被用來做為一種反應(yīng)性控制釋放載體競爭抑制）。抑制）。4.1手性異構(gòu)體拆分手性異構(gòu)體拆分將印跡聚合物作為高效液相色譜的固定相用于分離將印跡聚合物作為高效液相色譜的固定相用于分離多肽多肽,蛋白質(zhì)蛋白質(zhì),核糖核蛋白及各種糖類分子。核糖核蛋白及各種糖類分子。第二節(jié)第二節(jié) 生物酶工程生物酶工程 生物酶工程是酶學(xué)和以生物酶工程是酶學(xué)和以DNA重組技術(shù)為主的現(xiàn)代分重組技術(shù)為主的現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合的一門新興的生物工程，亦稱子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合的一門新興的生物工程，亦稱高級酶工程高級酶工程(Ad

29、vanced Enzyme Engineering)克隆酶克隆酶突變酶突變酶新酶新酶內(nèi)容內(nèi)容一、克隆酶一、克隆酶1.克隆酶：通過基因工程手段，人們能克隆酶：通過基因工程手段，人們能偶克隆各種天然蛋白質(zhì)和酶基因，偶克隆各種天然蛋白質(zhì)和酶基因，并將其與適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)信號相連接，并將其與適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)信號相連接，再通過一定得載體質(zhì)粒導(dǎo)入能再通過一定得載體質(zhì)粒導(dǎo)入能夠大量繁殖的微生物細(xì)胞內(nèi)，使之夠大量繁殖的微生物細(xì)胞內(nèi)，使之高效表達(dá)。高效表達(dá)。2. 意義：醫(yī)藥用酶意義：醫(yī)藥用酶3. 技術(shù)步驟：技術(shù)步驟：目的基因獲得目的基因獲得選擇載體選擇載體重組重組DNA連接連接重組基因轉(zhuǎn)化重組基因轉(zhuǎn)化克隆酶基因表達(dá)克隆酶基

30、因表達(dá)二、突變酶二、突變酶1.突變酶：利用有控制的對天然酶基因突變酶：利用有控制的對天然酶基因進(jìn)行剪切、修飾或突變，從而改變酶的進(jìn)行剪切、修飾或突變，從而改變酶的催化特性、底物專一性或輔酶專一性，催化特性、底物專一性或輔酶專一性，從而更能滿足人們的需要從而更能滿足人們的需要其主要內(nèi)容：酶選擇性修飾以及對酶基其主要內(nèi)容：酶選擇性修飾以及對酶基因進(jìn)行定點突變因進(jìn)行定點突變2. 定點突變方法：定點突變方法：盒式誘變盒式誘變(Cassette Mutaganesis)寡聚核苷酸引物誘變寡聚核苷酸引物誘變PCR誘變誘變3. 遺傳修飾改變酶的性能大致有：遺傳修飾改變酶的性能大致有：提高酶穩(wěn)定性提高酶穩(wěn)定性提高酶活性提高酶活性改變底物專一性改變底物專一性改變酶的最適改變酶的最適pH值值改變酶對輔酶的要求改變酶對輔酶的要求改變酶的別夠調(diào)節(jié)能力改變酶的別夠調(diào)節(jié)能力三、超自然的優(yōu)質(zhì)酶三、超自然的優(yōu)質(zhì)酶新酶新酶人為地有目的地設(shè)計酶基因，導(dǎo)入適當(dāng)人為地有目的地設(shè)計酶基因，導(dǎo)入適當(dāng)宿主細(xì)胞中加以表達(dá)，生產(chǎn)超自然的優(yōu)宿主細(xì)胞中加以表達(dá)，生產(chǎn)超自然的優(yōu)質(zhì)酶質(zhì)酶此過程的關(guān)鍵是對酶分子各個結(jié)構(gòu)層次此過程的關(guān)鍵是對酶分子各個結(jié)構(gòu)層次上