酶工程--第8章-模擬酶01

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1、1第8章模擬酶2酶的模擬研究和模擬生物體系是開辟新技術(shù)的途徑之一。對酶這樣的高效催化劑的結(jié)構(gòu)功能的設(shè)計和模擬,是當今自然科學領(lǐng)域中的前沿課題之一。3簡單模擬模擬酶活性中心整體模擬4模擬酶的基本概念又稱人工合成酶或酶模型,是一類利用有機化學方法合成的比天然酶簡單的非蛋白質(zhì)分子。至今沒有一個公認的定義。一般說來,是指根據(jù)酶的作用原理,用人工方法合成的具有活性中心和催化作用的非蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的化合物。特點:結(jié)構(gòu)簡單、高效、高適應(yīng)性、高選擇性和高穩(wěn)定性等。5一般都要以高分子化合物、高分子聚合物或配位結(jié)合了金屬的高分子聚合物為母體;并在適宜的部位引入相應(yīng)的疏水基,作為一個能容納底物、適于和底物結(jié)合空穴

2、;同時在合適的位置引入有催化功能的催化基團。由于模擬酶不含氨基酸,其穩(wěn)定性與pH穩(wěn)定性都大大優(yōu)于天然酶。酶活性中心-底物復(fù)合物的結(jié)構(gòu);酶的專一性及其同底物結(jié)合的方式與能力;反應(yīng)的動力學及各中間物的知識。6設(shè)計模擬酶應(yīng)考慮如下因素:模擬酶應(yīng)為底物提供良好的微環(huán)境;催化基團必須相對于結(jié)合點盡可能同底物的功能團相接近;具有足夠的水溶性。788.1模擬酶的分類根據(jù)Kirby分類法,模擬酶可分為:單純酶模型(enzyme-basedmimics);機理酶模型(mechanism-basedmimics);單純合成的酶樣化合物(synzyme)。9按照模擬酶的屬性,模擬酶可分為:主客體酶模型膠束酶模

3、型肽酶抗體酶分子印跡酶模型半合成酶等1011一、主客體酶模型1.環(huán)糊精酶模型環(huán)糊精(Cyclodextrin簡稱CD)是由多個D-葡萄糖以α-1,4-糖苷鍵結(jié)合而成的一類環(huán)狀低聚糖。12每個葡萄糖殘基均呈現(xiàn)無扭曲變形的椅式構(gòu)象,整個分子組成類似輪胎的環(huán)柱形分子,分子內(nèi)有空穴,其大小、形狀是由組成環(huán)的葡萄糖殘基數(shù)目而定的環(huán)糊精結(jié)構(gòu)示意根據(jù)葡萄糖單元的數(shù)量不同可分為α(6個),β(7個)及γ(8個)環(huán)糊精三種。13在水解酶、核糖核酸酶、轉(zhuǎn)氨酶、氧化還原酶、碳酸酐酶、硫胺素酶和羥醛縮合酶等方面都取得了很大的進展。14http://nobelprize.org/nobel_prizes/chem

4、istry/laureates/1987/http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1987/press.html1515—冠—518—冠—62、合成的主-客體酶模型冠醚、穴醚、環(huán)番、杯芳烴等大環(huán)化合物冠醚定義:分子中具有-(CH2CH2O)n-重復(fù)單元的環(huán)狀醚,1962年首次合成,形狀似皇冠而得名;命名:x-冠-y,x:環(huán)上的原子總數(shù),y:氧原子數(shù)。16二、膠束模擬酶有簡單的膠束體系、功能化膠束、混合膠束、聚合物膠束等體系。膠束在水溶液中提供了疏水微環(huán)境,可以對底物束縛,類似于酶的結(jié)合部位。如果將催化基團如咪唑、硫醇、

5、羥基和一些輔酶共價或非共價地連接或吸附在膠束上,就有可能提供“活性中心”部位,使膠束成為具有酶活性或部分酶活性的膠束模擬酶。17三、肽酶(pepzyme)模擬天然酶活性部位而人工合成的具有催化活性的多肽。18四、半合成酶以天然蛋白或酶為母體,用化學或生物學方法引進適當?shù)幕钚圆课换虼呋鶊F,或改變其結(jié)構(gòu)從而形成一種新的“人工酶”。19通過選擇性修飾氨基酸側(cè)鏈將一種氨基酸側(cè)鏈化學轉(zhuǎn)化為另一種新的氨基酸側(cè)鏈稱為化學誘變法。絲氨酸半胱氨酸血紅蛋白和白蛋白細胞色素C蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和催化活性間關(guān)系20分子印跡酶21分子印跡技術(shù)(MolecularImprintingTechnique,MIT)分子印跡:

6、以一種分子充當模板,其周圍用聚合物交聯(lián),當模板分子除去后,此聚合物就留下了與此分子相匹配的空穴。22分子印跡技術(shù)也叫分子模板技術(shù),是制備具有分子識別功能聚合物的一種技術(shù)。1972年,Wulff研究小組首次成功制備出分子印跡聚合物(molecularprintedpolymers,簡稱MIPs。1993年Mosbach等報道有關(guān)茶堿分子印跡聚合物的研究。23分子印跡原理24分子印跡的步驟:(1)在一定溶劑中,模板分子(TemplateMolecule)與功能單體(FunctionalMonomer)依靠官能團之間的共價或非共價作用形成主客體配合物;(2)加入交聯(lián)劑,通過引發(fā)劑引發(fā)進行光或熱

7、聚合,使主客體配合物與交聯(lián)劑通過自由基共聚合在模板分子周圍形成高聯(lián)的剛性聚合物;(3)將聚合物中的印跡分子洗脫或解離出來,這樣在聚合物中便留下了與模板分子大小和形狀相匹配的立體孔穴,同時孔穴中包含了精確排列的與模板分子官能團互補的由功能單體提供的功能基團。25分子印跡技術(shù)的特點:預(yù)定性識別性實用性26分子印跡技術(shù)分類一是預(yù)組織法:模板分子與單體通過共價可逆結(jié)合;二是自組織法:單體與印跡分子之間的最初反應(yīng)是非共價的。27影響印跡分子選

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