? 一般构成底物的结合位点比较容易，而构 建催化位点比较困难，但两个位点可以分 开设计。
设计模拟酶
? 催化基团的定向引入对催化效率的提高至关重 要。
? 要考虑到与底物的定向结合的能力。 ? 催化基团和底物之间必须具有相互匹配的立体
化学特征，这对形成良好的反应特异性和催化 效力是相当重要的。
设计人工酶模型应考虑：
? 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
环糊精结构示意
水解酶模型
?-Benzyme 人工酶，能模拟胰凝乳蛋白酶活 性，催化速度达天然酶同一数量级。 由?-环糊精和催化侧链组成，催化侧链含天 然酶的三种基团（羟基、咪唑基和羧基）， 且处在恰当位置上。 该全合成酶是非蛋白分子，比天然酶稳定。
模拟酶
? 又称人工合成酶，是一类利用有机化学方法 合成的，比天然酶简单的非蛋白质分子或蛋 白质分子，以这些分子作为模型来模拟酶对 其作用底物的结合和催化过程。
? 化学人工酶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 酶的作用机理和立体化学等特性的一门科学。
模拟酶
? 在结构和必须具有两个特殊部位: ①底物结合位点，②催化位点。
分子印迹制备步骤
? ①选定印迹分子和功能 单体，使二者发生互补 反应；
? ②在印迹分子-单体复合 物周围发生聚合反应；
? ③用抽提法从聚合物中 除掉印迹分子。
Байду номын сангаас
用抽提法从聚合物中除去 印迹分子。则聚合物中留 有恰似印迹分子的空间， 可用于高分子高选择性分 离材料。 此技术又叫主一客体聚合 (Host-Guest Polymerization) 或模板聚 合(Template Polymerization) 。
第一节 模拟酶的分类
? 小分子仿酶体系：
? 环糊精、冠醚、环番、环芳烃、卟啉等大环化 合物
? 大分子仿酶体系：
? 聚合物酶模型、分子印迹酶模型、胶束酶模型 等
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
? 将辅酶引入蛋白质上制备半合成酶：
? E.T.Kaiser 等构建的黄素木瓜蛋白酶。黄素的溴 酰衍生物可与木瓜蛋白酶的 Cys25共价结合成黄素 木瓜蛋白酶。此半合成酶的酶活力可与天然黄素 酶相比拟。
? 其他的辅酶 (如维生素 Bl、吡哆醛、卟啉等 )都可 以共价偶联到某些酶的结合部位．从而产生新的 实用催化剂。
? 形成的聚合物（MIP）内保留有与印迹分子的形 状、大小完全一样的孔穴，也就是说印迹的聚 合物能维持相对于印迹分子的互补性，因此， 该聚合物能以高选择性重新结合印迹分子。
? 一般来说，聚合物空穴对印迹分子的选择性结
合作用来源于空穴中起结合作用的官能团的排 列以及空穴的形状。大量研究表明官能团的排
第二节 印迹酶
一、分子印迹技术概述
? 模拟生物分子的分子识别和功能是当今最富 挑战的课题之一。
? 在分子水平上模拟酶对底物的识别与催化功 能已引起各国科学工作者的广泛关注。
? 自然界中，分子识别在生物体如酶、受体和 抗体的生物活性方面发挥着重要作用，这种 高选择性来源于与底物相匹配的结合部位的 存在。
分子印迹
? 这样的类似于抗体和酶的结合部位能否在聚合 物中产生呢？
? 如果以一种分子充当模板，其周围用聚合物交 联，当模板分子除去后，此聚合物就留下了与 此分子相匹配的空穴。 如果构建合适，这种聚 合物就像‘‘锁”一样对钥匙具有选择性识别 作用，这种技术被称为分子印迹。
分子印迹
? 所谓分子印迹(molecular imprinting) 是 制备对某一化合物具有选择性的聚合物的 过程，这个化合物叫印迹分子 (print molecule ，P)，也叫做模板分子 (template ，T)。
? 2.将具有特异性的物质与具有催化活力的酶相结
合，形成半合成酶。
? 例：人工合成寡聚核苷酸链经化学法连接到RNA 酶的166 位的Cys 上，获得的半合成酶借寡聚核苷酸链的碱基互补 关系，显示了对RNA 链特定位点的水解作用，——不同 于DNA 限制性内切酶的天然来源的RNA 限制性内切酶。
黄素木瓜蛋白酶 ——著名的人工酶
? 它是以天然蛋白质或酶为母体，用化学或 生物学方法引进适当的活性部位或催化基 团，或改变其结构从而形成一种新的 “人 工酶”。
? 1.将具有催化活性的金属或金属有机物与具有特 异性的蛋白质相结合，形成半合成酶。
? 如：钌(Rn) 电子传递催化剂[Rn(BH 蛋白结合——半合成无机生物酶
3)5]3+ 与巨头鲸肌红
? 非共价键相互作用是生物酶柔韧性可变性和专一 性的基础，故酶模型应为底物提供良好的微环境， 便于与底物，特别是反应的过渡态以离子键、氢 键等结合；
? 精心挑选的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，以促使反应定向发生；
? 模型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。
(一)分子印迹原理
? 在生物体中，分子复合物通常通过非共价键如氢 键、离子键或范德华力相互作用而形成。同共价 键相比，非共价键相互作用较弱，但几个或多个 相互作用的合力却很强，这使复合物具有很高的 稳定性。
? 当模板分子 (印迹分子 )与带有官能团的单体分子 接触时，会尽可能同单体官能团形成多重作用点 ，待聚合后，这种作用就会被固定下来。当模板 分子被除去后，聚合物中就形成了与模板分子在 空间上互补的具有多重作用位点的结合部位，这 样的结合部位对模板分子可产生多重相互作用， 因而对此模板分子具有特异性结合能力。
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
2、胶束酶模型
3、肽酶
? 就是模拟天然酶活性部位而人工合成的具有催 化活性的多肽。
4、半合成酶