Enzyme Engineering
酶工程
第八章 酶的人工模拟
? 第一节 模拟酶的理论基础和策略
? 第二节 模拟酶的分类和制备
? 第三节 印迹酶
第一节 模拟酶的理论基础和策略
? 一．模拟酶的概念
? 二．模拟酶的理论基础
? 三．设计要点
一．模拟酶的概念
? 模拟酶的酶学基础
– 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
2.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
三．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
三．设计要点
? 设计中,
– 为底物提供良好的微环境
– 催化基团必须相对于结合点尽可能同底物的
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
第一节结束
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第二节 模拟酶的分类和制备
? 一,根据 Kirby分类法
? 二,按照模拟酶的属性
? 三,制备举例 ——水解酶的模拟
? 四,研究热点
一,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
二,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
胶束酶模型
三,制备举例 ——水解酶的模拟
? 1,a-胰凝乳蛋白酶简介
2．环糊精结构示意
水解酶模型
四 研究热点
? 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
第二节结束
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第三节 印迹酶
? 一 分子印迹技术概述
? 二 分子印迹酶
二 分子印迹酶
? 1．分子印迹概念：制备对某一化合物具有选择性
的聚合物的过程
2．分子印迹技术内容
– 选定印迹分子和功能单体，使二者发生互补反
应
– 在印迹分子 -单体复合物周围发生聚合反应
– 用抽提法从聚合物中除掉印迹分子
3．分子印迹酶,
– 通过分子印迹技术可以产生类似于酶的活性中
心的空腔，对底物产生有效的结合作用，并可
以在结合部位的空腔内诱导产生催化基团，并
与底物定向排列。
– 性质：遵循米氏方程，催化活力依赖反应速度
常数。
三．表面分子印迹
? 1．无机物为载体的表面印迹
? 2．固体材料的表面修饰
? 3．蛋白质的表面印迹
蛋白质表面印迹
在聚合物涂层的硅石上的示意
四．生物印迹
– 1．生物印迹：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。
– 2．有机相生物印迹酶
非水相生物印迹酶制备示意图
3．水相生物印迹酶
第三节结束
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酶工程
第八章 酶的人工模拟
? 第一节 模拟酶的理论基础和策略
? 第二节 模拟酶的分类和制备
? 第三节 印迹酶
第一节 模拟酶的理论基础和策略
? 一．模拟酶的概念
? 二．模拟酶的理论基础
? 三．设计要点
一．模拟酶的概念
? 模拟酶的酶学基础
– 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
2.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
三．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
三．设计要点
? 设计中,
– 为底物提供良好的微环境
– 催化基团必须相对于结合点尽可能同底物的
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
第一节结束
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第二节 模拟酶的分类和制备
? 一,根据 Kirby分类法
? 二,按照模拟酶的属性
? 三,制备举例 ——水解酶的模拟
? 四,研究热点
一,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
二,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
胶束酶模型
三,制备举例 ——水解酶的模拟
? 1,a-胰凝乳蛋白酶简介
2．环糊精结构示意
水解酶模型
四 研究热点
? 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
第二节结束
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第三节 印迹酶
? 一 分子印迹技术概述
? 二 分子印迹酶
二 分子印迹酶
? 1．分子印迹概念：制备对某一化合物具有选择性
的聚合物的过程
2．分子印迹技术内容
– 选定印迹分子和功能单体，使二者发生互补反
应
– 在印迹分子 -单体复合物周围发生聚合反应
– 用抽提法从聚合物中除掉印迹分子
3．分子印迹酶,
– 通过分子印迹技术可以产生类似于酶的活性中
心的空腔，对底物产生有效的结合作用，并可
以在结合部位的空腔内诱导产生催化基团，并
与底物定向排列。
– 性质：遵循米氏方程，催化活力依赖反应速度
常数。
三．表面分子印迹
? 1．无机物为载体的表面印迹
? 2．固体材料的表面修饰
? 3．蛋白质的表面印迹
蛋白质表面印迹
在聚合物涂层的硅石上的示意
四．生物印迹
– 1．生物印迹：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。
– 2．有机相生物印迹酶
非水相生物印迹酶制备示意图
3．水相生物印迹酶
第三节结束
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