现代酶工程-7抗体酶或催化抗体

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1、第七章抗体酶或催化抗体抗体酶：20世纪80年代以来出现的一种具有催化活性的蛋白质，是利用生物学和化学的成果在分子水平上交叉渗透研究的产物；其本质上是免疫球蛋白，只是在其易变区被赋予了酶的属性，因此抗体酶又称为催化抗体（CatalyticAntibody)。Pauling过渡态理论和预言抗体若能与化学反应的过渡态结合，则这样的抗体必具有催化性能的观点抗体一旦能与过渡态结合，它就具有酶在温和条件下高效、转移地催化化学反应的性质，依此类推，抗体若能与过渡态相似物结合，则它也会与化学反应过程中的过渡态结合，这样的抗体亦具有催化性能Jencks于1969年提出意义Pauling和Jencks的理论

2、催化抗体难单克隆技术1986年，Lerner和Schultz分别成功催化抗体的实现——Lerner(1984)提出：若以过渡态类似物为半抗原，则其诱发产生的抗体应该与该类似物具有互补构象；这种抗体与底物结合后，就能够诱导底物进入过渡态结构，从而引起催化作用。——1986年Lerner研究组在《Science》上发表了抗体酶研究的实验结果，标志着抗体酶的研究进入了一个新阶段。催化抗体自1986年诞生之日起，就一直是科学界高度关注的对象，催化抗体的研究是当今科学前沿的多学科交汇点之一研究的范围不断拓宽，研究成果层出不穷，采用的技术日益先进突破了传统的胶束、大分子、配位化合物等模拟酶研究的框框

3、，开创了催化剂研究和制备的崭新领域在催化化学、反应动力学、医学、制药学等诸多领域的无可限量的应用前景催化抗体的定义抗体酶或催化抗体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该抗体除了具有相应免疫学性质外，还具有类似于酶能催化某些反应的特性催化抗体与酶的共同点催化抗体与酶的共同点抗体与酶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能高选择性地与靶分子结合催化抗体与酶的不同点催化抗体与酶的不同点酶与高能态的过渡态分子相结合抗体则与抗原（基态分子）相结合大大降低化学反应的活化能，高选择性、高效率地催化化学反应，使之能在温和条件下得以实现抗体特异性地结合抗原并帮助巨噬

4、细胞摄入且摧毁抗原半抗原与催化性抗体半抗原：是一类小分子化合物，本身不能诱导免疫应答，只有当共价结合到具有免疫性的蛋白质后，注射动物才能诱导出与半抗原特异性结合的抗体。如果半抗原是酶的过度态结构类似物，则有可能获得具有催化活性的抗体，也就是抗体酶。实例：以一羧基酯和酰胺的水解为例，根据反应机理，其过渡态应该为一个四面体结构，以具有四面体结构的高能中间类似物作为半抗原，均能获得预期的抗体酶；该抗体酶与过渡态类似物具有完全互补的立体结构。半抗原设计中应考虑的问题：产生的抗体是否具有预期的催化活性；能否刺激机体产生免疫应答。半抗原结构与催化抗体之间的关系：半抗原结构中应含有芳香结构：含芳香结构

5、的半抗原具有较强的免疫原性；催化抗体与半抗原的亲和力：一般认为结合常数Ki应小于10-6mol/L，容易获得高效催化抗体；诱导羧酸酯、酰胺水解的催化抗体，可以利用具有四面体结构的过渡态类似物作为半抗原；半抗原的设计应考虑催化反应的环境与反应机制。自从抗体酶制备成功以来，迄今已成功地开发出天然酶所催化的六种酶促反应和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反应、酰胺形成、光诱导裂解和聚合、酯交换、内酯化、Claisen重排反应、金属螯合、环氧化反应、氧化还原反应、化学上不利的环化反应、肽键形成反应、脱羧反应、过氧化反应、周环反应等。抗体酶催化的反应专一性相当于或超过酶反

6、应的专一性，催化速度有的可达到酶催化的水平。——但一般来说，抗体酶催化反应的速度比非催化反应快102~106倍，仍比天然酶催化反应速度慢102~104倍。因此，开发制备高活力抗体酶的方法仍是世界各国科学家的奋斗目标。抗体酶的发现不仅提供了研究生物催化过程的新途径，而且能为生物学、化学和医学提供具有高度特异性的人工生物催化剂，并可以根据需要使人们获得具有某些不能被酶催化或较难催化的化学反应催化剂。抗体酶的出现，意味着有可能出现简单有效的方法，从而人们可凭主观愿望来设计蛋白质。——这一发现是利用生物学与化学成果在分子水平上交叉渗透研究的产物。由于抗体酶对于多学科展示了较高的理论和实用价值，已

7、引起科学界广泛的关注。抗体抗体是由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）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）抗体的结构单克隆抗体单克隆抗体(monoclonalantibody，简称McAb)将能够产生抗体的B淋巴细胞和具有无限增殖力的骨髓瘤细胞融合在一起，形成杂交瘤细胞。杂交瘤细胞既能在体外快速生长，又能持续分泌成分单一的特异性抗体。这种单一类型的只针