酶與酶分子工程

酶與酶分子工程酶酶分子工程酶是生物催化劑酶的化學(xué)本質(zhì)：絕大部分的酶是蛋白質(zhì)，有些酶是核酸和酶蛋白組成的復(fù)合體，極少數(shù)酶是核酸。

端粒酶(telomerase)，由結(jié)合蛋白、RNA和催化亞基3個(gè)部分組成核酶(ribozyme)，具有酶催化活性的RNA

一、酶的化學(xué)本質(zhì)與特性第一節(jié)酶酶催化特性酶促反應(yīng)具有極高的效率酶促反應(yīng)具有高度特異性（專(zhuān)一性）作用條件溫和（酶易失活）酶活力的可調(diào)節(jié)性有些酶的活力與輔助因子有關(guān)：酶催化和非酶催化的共同之處1、降低反應(yīng)所需的活化能2、加快反應(yīng)速度3、不改變化學(xué)平衡二、酶的結(jié)構(gòu)與功能（一）酶蛋白與輔酶

單純酶：只含酶蛋白對(duì)底物特異性較低，多由一條肽鏈組成

結(jié)合酶：酶蛋白+輔助因子=全酶

對(duì)底物的特異性較高，常由多條肽鏈組成細(xì)胞內(nèi)催化代謝反應(yīng)的酶多數(shù)屬于結(jié)合酶輔酶（Co-enzyme）：與酶蛋白疏松結(jié)合的輔助因子；輔基（prosthetic）：與酶蛋白緊密結(jié)合的輔助因子。（二）必需基團(tuán)和活性中心組氨酸的咪唑基、絲氨酸的羥基、半胱氨酸的巰基及某些氨基酸的羧基或氨基等酶分子上必需基團(tuán)比較集中并構(gòu)成特定空間構(gòu)型的區(qū)域，能與底物特異性地結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，這一區(qū)域稱(chēng)為活性中心(activecenter)或活性部位(activesite）（三）無(wú)活性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚越Y(jié)構(gòu)——

酶原的激活胰蛋白酶原激活作用示意圖

酶原在一定條件下，受特異因素或酶的作用，轉(zhuǎn)化成有活性的酶，稱(chēng)為酶原的激活。酶原的激活實(shí)際上是酶的活性中心形成或暴露的過(guò)程N(yùn)端的一個(gè)6肽被水解切除

（四）同工酶同工酶（isozyme）是指催化相同的化學(xué)反應(yīng)，而酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)乃至免疫學(xué)性質(zhì)不同的一組酶。生物進(jìn)化的結(jié)果。各型同工酶對(duì)同一代謝物起相同的反應(yīng)，從而保證了不同器官有相同的代謝過(guò)程；又由于各型同工酶對(duì)同一反應(yīng)的平衡點(diǎn)不同，從而保證了不同器官及同一器官有方向相反的同一反應(yīng)。乳酸脫氫酶是四聚體酶，該酶亞基有兩型：骨骼肌型（M型）和心肌型（H型），這兩型亞基以不同的比例組成五種同工酶（LD1～LD5）。心肌主要含LD1，催化乳酸氧化脫氫生成丙酮酸，與心肌能利用乳酸供能的代謝特點(diǎn)相適應(yīng)；骨骼肌主要含LD5，它催化丙酮酸還原加氫成乳酸，也與骨骼肌在供氧不足時(shí)能依靠糖酵解供能相適應(yīng)

三、酶催化作用的機(jī)制

（一）降低活化能活化分子：所含能量已達(dá)到能參與反應(yīng)的那些分子活化能：使作用物分子由一般狀態(tài)轉(zhuǎn)化為活化狀態(tài)所需的能量化學(xué)反應(yīng)能閾：使化學(xué)反應(yīng)能夠進(jìn)行所必須達(dá)到的最低能量水平（二）中間復(fù)合物的形成在酶促反應(yīng)中，底物首先和酶分子上的特殊部位即活性中心相結(jié)合，形成酶-底物中間復(fù)合物，此復(fù)合物再分解為產(chǎn)物和游離的酶。（三）誘導(dǎo)契合假說(shuō)酶與底物之間的結(jié)合不是鎖與鑰匙式的機(jī)械關(guān)系，而是在酶與底物相互接近時(shí)，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、相互變形和相互適應(yīng)，進(jìn)而相互結(jié)合，這過(guò)程稱(chēng)為酶-底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合假說(shuō)(induced-fithypothesis)四、酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)酶促反應(yīng)速率影響因素：酶濃度、底物濃度、pH、溫度、抑制劑、激活劑等在酶促反應(yīng)中，能直接或間接地對(duì)酶的必需基團(tuán)發(fā)揮作用，導(dǎo)致酶活性降低或消失的作用稱(chēng)為酶的抑制作用，具此作用的物質(zhì)稱(chēng)為酶的抑制劑(inhibitor)。

細(xì)胞代謝物，外源物質(zhì)酶抑制作用兩種主要類(lèi)型：

不可逆的（irreversible）可逆的（reversible）（一）不可逆性抑制作用抑制劑不可逆地與酶結(jié)合，通常是與酶的某些必需基團(tuán)以共價(jià)鍵連接，將必需基團(tuán)進(jìn)行化學(xué)修飾，從而引起酶活性的喪失。

Ser殘基的-OH，Cys殘基的-sH化合物二異丙基氟磷酸(DIPF)是神經(jīng)毒氣的組分，在乙酰膽堿酯酶的活性部位與Ser殘基作用，不可逆地抑制酶，阻滯神經(jīng)沖動(dòng)的傳導(dǎo)（二）可逆性抑制作用抑制劑可逆地與酶結(jié)合，通常以非共價(jià)鍵與酶和(或)酶-底物復(fù)合物結(jié)合，使酶活性降低或喪失，采用透析或超濾的方法可將抑制劑除去。競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用

抑制劑與酶活性部位結(jié)合非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用

抑制劑與酶活性部位之外的必需基團(tuán)結(jié)合反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用

抑制劑只與酶-底物復(fù)合物結(jié)合，而不與游離酶結(jié)合

五、酶活性調(diào)節(jié)（一）別構(gòu)調(diào)節(jié)(allostericcontrol)指某些小分子物質(zhì)能與某些酶活性部位以外的某一部位（非催化部位或別位）特異地結(jié)合，引起酶蛋白構(gòu)象的變化，從而改變酶的活性。反饋調(diào)節(jié)(feedbackregulation)

負(fù)反饋?zhàn)饔茫ǚ答佉种疲┱答佔(zhàn)饔茫ǚ答伡せ睿ǘ┕矁r(jià)修飾調(diào)節(jié)酶蛋白肽鏈上的某些殘基在另一種酶的催化下進(jìn)行可逆的共價(jià)修飾，從而引起活性快速改變的過(guò)程稱(chēng)為酶的化學(xué)修飾（chemicalmodification）調(diào)節(jié)磷酸化與脫磷酸化，乙酰化與脫乙?；?，甲基化與脫甲基化，腺苷化與脫腺苷化。酶促化學(xué)修飾調(diào)節(jié)特點(diǎn)：①多數(shù)的被酶促化學(xué)修飾的酶具有兩種形式，即無(wú)活性（或低活性）和有活性（或高活性）兩種。它們的互變反應(yīng)中，在正反兩個(gè)方向都是由不同的酶所催化的，這些酶受激素等調(diào)節(jié)因素的調(diào)控。②化學(xué)修飾反應(yīng)常是級(jí)聯(lián)反應(yīng)，可以將化學(xué)信號(hào)極大地放大。因此，這種調(diào)節(jié)方式的效率極高。③磷酸化修飾雖是以ATP供給磷酸基團(tuán)，但其耗能遠(yuǎn)小于合成酶蛋白所消耗的ATP，因此是體內(nèi)經(jīng)濟(jì)有效的快速調(diào)節(jié)方式。第二節(jié)酶分子工程一、酶分子工程的概念酶工程（EnzymeEngineering）將酶學(xué)理論和化學(xué)工程相結(jié)合的技術(shù)科學(xué)研究酶的生產(chǎn)、制備、改造、修飾，或者利用酶的催化特性，在一定的生物反應(yīng)器中，將原料轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物。酶分子工程（molecularengineeringoftheenzyme）酶工程在分子水平上的體現(xiàn)。酶分子工程的主要目標(biāo)：在了解催化機(jī)制的基礎(chǔ)上人為地提高酶的催化效率，創(chuàng)造出高催化效率、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的酶。主要內(nèi)容：利用物理的、化學(xué)的或分子生物學(xué)的方法對(duì)酶分子進(jìn)行改造，包括對(duì)酶分子中功能基團(tuán)進(jìn)行化學(xué)修飾、酶的固定化、抗體酶、模擬酶等必要性：酶通常不太穩(wěn)定酶作用的最適pH值條件一般在中性，但在工業(yè)應(yīng)用中，由于底物及產(chǎn)物帶來(lái)的影響，pH常偏離中性范圍。在臨床應(yīng)用上，由于絕大多數(shù)的酶對(duì)人體而言都是外源蛋白質(zhì)，具有抗原性，直接注入會(huì)引起人體的過(guò)敏反應(yīng)。二、酶分子的改造（一）酶分子的修飾通過(guò)對(duì)酶蛋白主鏈的剪接和側(cè)鏈的化學(xué)修飾對(duì)酶分子進(jìn)行改造，改造的目的在于改變酶的性質(zhì)，創(chuàng)造出天然酶不具備的某些優(yōu)良性狀，擴(kuò)大酶的應(yīng)用。酶修飾的目的：提高酶的活力改進(jìn)酶的穩(wěn)定性允許酶在一個(gè)變化的環(huán)境中起作用改變最適pH或最適溫度改變酶的特異性使它能催化不同的底物改變催化反應(yīng)類(lèi)型提高催化過(guò)程的反應(yīng)速率酶的化學(xué)修飾

酶的化學(xué)修飾主要是利用修飾劑所具有的各類(lèi)化學(xué)基團(tuán)的特性，直接或經(jīng)一定的活化步驟后與酶分子上某種氨基酸殘基（一般盡可能選用非酶活的必需基團(tuán)）產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而改造酶分子的結(jié)構(gòu)與功能。修飾劑的要求：要求修飾劑有較大的分子量、良好的生物相容性和水溶性，修飾表面有較多的反應(yīng)基團(tuán)及修飾后酶活的半衰期較長(zhǎng)。酶性質(zhì)的了解：熟悉酶活性部位的情況、酶反應(yīng)的最適條件以及酶分子側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)和反映活性。反應(yīng)條件的選擇：盡可能在酶穩(wěn)定的條件下進(jìn)行反應(yīng)，避免破壞酶活性中心功能團(tuán)。進(jìn)行化學(xué)修飾時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：（二）基因工程酶酶基因的克隆和表達(dá)酶基因的遺傳修飾酶的遺傳設(shè)計(jì)酶基因的遺傳修飾低活性選擇性差穩(wěn)定性差高活性選擇性提高穩(wěn)定性提高野生型酶底物結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系突變基因庫(kù)篩選酶的遺傳設(shè)計(jì)酶的功能和結(jié)構(gòu)研究實(shí)驗(yàn)分子進(jìn)化（隨機(jī)突變）Substrat基因工程酶底物實(shí)驗(yàn)分子進(jìn)化又叫分子育種、體外定向進(jìn)化自然突變的局限性增加了突變率要經(jīng)過(guò)選擇和篩選實(shí)驗(yàn)分子進(jìn)化條件所期望的功能應(yīng)容易檢測(cè)所期望的功能應(yīng)在生物學(xué)上是可行的應(yīng)能獲得相當(dāng)?shù)耐蛔凅w篩選快速簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)分子進(jìn)化的方法體內(nèi)方法：用化學(xué)誘變劑和物理誘變劑作用于活細(xì)胞，使其基因發(fā)生突變，再?gòu)母鞣N突變體中篩選獲得所需的突變體體外方法

PCR突變：利用Taqase復(fù)制時(shí)的錯(cuò)配特性

DNA洗牌技術(shù)

PCR突變extensionDNAdenaturationdenaturationncyclesStEPStEP：StaggeredExtensionProcess，交錯(cuò)延伸。在一個(gè)反應(yīng)體系中加入兩個(gè)或兩個(gè)以上的親本DNA作為模板。根據(jù)每一個(gè)親本DNA序列設(shè)計(jì)一條引物。加入這些引物，延伸時(shí)間予以控制。PrimerannealingDNADNAdenaturationextensiondenaturationannealingextensionncyclesDNA洗牌技術(shù)又稱(chēng)體外同源重組技術(shù)。將來(lái)源不同但功能相同的一組同源基因，用核酸酶Ⅰ消化成隨機(jī)片段，由這些隨機(jī)片段組成一個(gè)文庫(kù)，使之互為引物和模板進(jìn)行PCR擴(kuò)增，當(dāng)一個(gè)基因拷貝片段作為另一基因拷貝的引物時(shí)，引起模板互換，重組因而發(fā)生，導(dǎo)入體內(nèi)后，選擇正突變體作為新一輪的體外重組。DNA洗牌技術(shù)

primersDenature&anneal5’5’***5’5’**5’5’**5’3’3’5’**fillin&lify**DNAse

IDNAse

IHomo-duplexformation5’3’3’5’5’3’3’5’5’3’3’5’Hetero-duplexformation5’3’3’5’PCRPCRResemblessynthesisofsyntheticgene(DirectedMutagenesis)Resemblessynthesisofgenefusions(DirectedMutagenesis)固定化酶的概念酶的穩(wěn)定性差，而且在催化結(jié)束后很難回收。為了適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)的需要，人們模仿生物體內(nèi)酶的作用方式，通過(guò)固定化技術(shù)對(duì)酶加以固定。經(jīng)固定化后的生物催化劑既具有酶的催化性質(zhì)，又具有一般化學(xué)催化劑能回收、反復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)。三、固定化酶水溶性酶水不溶性載體水不溶性酶（固定化酶）固定化技術(shù)化學(xué)偶聯(lián)酶固定化間歇可溶交聯(lián)包埋吸附間歇連續(xù)固定化酶的優(yōu)點(diǎn)穩(wěn)定性提高，可多次使用反應(yīng)后，產(chǎn)物易純化、質(zhì)量高反應(yīng)條件易于控制酶的利用率提高比水溶性酶更適合多酶反應(yīng)

缺點(diǎn)： 固定化過(guò)程中往往會(huì)引起酶的失活酶或細(xì)胞固定方法載體結(jié)合法物理吸附離子結(jié)合共價(jià)結(jié)合交聯(lián)法包埋法膠格型微囊型脂質(zhì)體固定化酶的方法（一）微型膠囊法將酶或細(xì)胞包埋在高分子半透膜微囊中。優(yōu)點(diǎn)：由包埋法制的的微囊型固定化酶通常為直徑幾微米到幾百微米的球狀體，其表面積與體積比很大，包埋量多，比較有利于底物與產(chǎn)物的擴(kuò)散。缺點(diǎn)：反應(yīng)條件要求高，制備成本也高。（二）吸附法物理吸附法通過(guò)物理吸附作用將酶吸附于不溶性載體上的方法。靜止法電沉積法反應(yīng)器上直接吸附法混合浴或振蕩浴吸附法優(yōu)點(diǎn)：固定化時(shí)酶分子的構(gòu)象很少或基本不發(fā)生變化。 缺點(diǎn)：結(jié)合力弱，易解吸附。載體：纖維素、瓊脂糖、活性炭、 沸石及硅膠等。離子結(jié)合法酶通過(guò)離子鍵結(jié)合于具有離子交換基的水不溶性載體上的固定方法。第一個(gè)離子結(jié)合法固定化酶：固定化過(guò)氧化氫酶第一個(gè)工業(yè)化的固定化酶：固定化氨基?；篙d體：多糖類(lèi)離子交換劑、高分子離子交換樹(shù)脂優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，處理?xiàng)l件溫和，酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)和活性中心的氨基酸殘基不易被破壞，能得到酶活回收率較高的固定化酶。缺點(diǎn)：載體和酶的結(jié)合力較弱，容易受緩沖液種類(lèi)或pH的影響，離子強(qiáng)度高時(shí)，酶往往從載體上脫落。（三）膠格包埋法將聚合物的單體和酶溶液混合后，再借助聚合促進(jìn)劑的作用進(jìn)行聚合，將酶包埋于聚合物中的固定方法。固定化胰蛋白酶木瓜蛋白酶

－淀粉酶（四）共價(jià)交聯(lián)法利用雙功能或多功能試劑在酶分子之間或微生物細(xì)胞間或酶分子和載體之間進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)以共價(jià)鍵制備固定化酶的方法。交聯(lián)劑：最常用是戊二醛優(yōu)缺點(diǎn)：一般用交聯(lián)法得到的固定化酶顆粒小、結(jié)構(gòu)性能差、酶活性低，常常與吸附法或包埋法聯(lián)合使用。酶分子之間共價(jià)交聯(lián)和與水不溶性載體共價(jià)偶聯(lián)酶分子；（a）酶分子之間用雙功能基團(tuán)的化學(xué)交聯(lián)試劑相互交聯(lián)成水不溶性的固定化酶；（b）酶分子被偶聯(lián)到水不溶性載體上形成水不溶性的固定化酶常用于固定化酶的交聯(lián)劑 交聯(lián)劑 參考文獻(xiàn)戊二醛 13－16二重氮聯(lián)苯胺－2，2‘－二磺酸 17，184，4‘－二氟－3，3’－二硝基二苯砜 19二苯基－4，4‘－二硫氰酸－2，2’－二磺酸 201，5－二氟－2，4－二硝基苯 21酚－2，4－二磺酰氯 223－甲氧基二苯基甲烷－4，4‘－二異氰酸鹽 23酶以共價(jià)鍵結(jié)合于水不溶性載體上的固定方法。載體：結(jié)構(gòu)疏松、表面積大、有較高的機(jī)械強(qiáng)度、具有在溫和條件下可與酶的側(cè)鏈基團(tuán)進(jìn)行共價(jià)偶聯(lián)反應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)：酶與載體結(jié)合牢固，穩(wěn)定性好，不易脫落。缺點(diǎn)：反應(yīng)條件苛刻，操作復(fù)雜，酶蛋白高級(jí)結(jié)構(gòu)易變化，固定化酶易失活。（五）共價(jià)結(jié)合法（六）新型固定化酶

——溫敏型固定化酶將酶固定于溫度敏感型聚合物，利用溫度敏感型聚合物的溫度響應(yīng)性，通過(guò)控制其所處環(huán)境的溫度，使其在溶解與沉淀間相互轉(zhuǎn)換，從而在溶液中呈現(xiàn)不同狀態(tài)，以達(dá)到均相體系酶解反應(yīng)，異相體系分離回收的目的。溫度敏感型聚合物，是指使用具有溫度響應(yīng)性能的單體，通過(guò)聚合反應(yīng)制備獲得的一類(lèi)聚合物。其側(cè)鏈既含親水基團(tuán)，又有疏水基團(tuán)。溫敏聚合物在水溶液中通常都具有相轉(zhuǎn)變溫度，其中一類(lèi)為最高臨界溶解溫度(UCST)型，當(dāng)環(huán)境溫度高于其相轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，聚合物中的親水基團(tuán)與水間的氫鍵作用占主要地位，聚合物完全溶解于水溶液中；當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到或低于該聚合物的相轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，氫鍵作用逐漸減弱，聚合物分子鏈中的疏水基團(tuán)起主導(dǎo)作用，聚合物開(kāi)始聚集，析出沉淀。固定化酶的性質(zhì)酶活力的變化固定化后大多會(huì)下降酶穩(wěn)定性的變化操作穩(wěn)定性保存穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性對(duì)蛋白酶的穩(wěn)定性酶學(xué)特性的變化底物專(zhuān)一性最適pH最適溫度米氏常數(shù)最大反應(yīng)速度固定化酶的形狀1、顆粒狀固定化酶：酶珠、酶塊、酶片和酶粉。制作方法簡(jiǎn)單，顆粒比表面積大，轉(zhuǎn)化效率高，適用各種類(lèi)型的反應(yīng)器。2、纖維狀固定化酶三醋酸纖維素。比表面積大，轉(zhuǎn)化效率高，適用填充床反應(yīng)器。3、膜狀固定化酶酶膜的表面積大，滲透阻力小，可用酶電極。4、管狀固定化酶可用于連續(xù)測(cè)定，酶管機(jī)械強(qiáng)度大，可用填充床反應(yīng)器固定化細(xì)胞定義：將細(xì)胞限制或固定于特定空間位置的方法稱(chēng)為細(xì)胞固定化技術(shù)。固定化細(xì)胞既有細(xì)胞的特征，也有生物催化的功能，又有固相催化劑的特點(diǎn)。固定化細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)無(wú)需進(jìn)行酶的分離純化。酶在細(xì)胞中保持原始狀態(tài)，回收率高。細(xì)胞內(nèi)酶比固定化酶穩(wěn)定性更高。細(xì)胞內(nèi)酶的輔因子可自動(dòng)再生。細(xì)胞本身含多酶體系，可催化一系列反應(yīng)。抗污染能力強(qiáng)。固定化細(xì)胞的缺點(diǎn)細(xì)胞內(nèi)多酶的存在，形成不需要的副產(chǎn)物。細(xì)胞膜、細(xì)胞壁和載體都存在著擴(kuò)散限制。載體形成的孔隙大小影響高分子底物的通透性。細(xì)胞固定化的方法載體結(jié)合法交聯(lián)法包埋法無(wú)載體法固定化方法的選擇依據(jù)1、固定化方法的選擇固定化酶應(yīng)用的安全性固定化酶在操作中的穩(wěn)定性固定化的成本2、載體的選擇最好選廉價(jià)的材料為載體，如聚乙烯醇、卡拉膠及海藻膠等等。用固定化細(xì)胞生產(chǎn)6-APA(6-氨基青霉烷酸)

大腸桿菌培養(yǎng)大腸桿菌固定化置于填充床反應(yīng)器加入青霉素反應(yīng)液純化6-APA四、酶的人工模擬（一）模擬酶的概念又稱(chēng)人工酶或酶模型利用有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)等方法設(shè)計(jì)和合成一些較天然酶簡(jiǎn)單的非蛋白質(zhì)分子或蛋白質(zhì)分子，以這些分子作為模型來(lái)模擬酶對(duì)其作用底物的結(jié)合和催化過(guò)程，也就是說(shuō)，模擬酶是在分子水平上模擬酶活性部位的形狀、大小及其微環(huán)境等結(jié)構(gòu)特征，以及酶的作用機(jī)理和立體化學(xué)等特性。（二）模擬酶研究進(jìn)展具有谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活力的三肽：谷氨酰-硒半胱氨酰-甘氨酸模擬酶具有天然酶的高效、特異催化作用，由于是小分子穩(wěn)定的化合物，應(yīng)用方便，具有酶所沒(méi)有的優(yōu)越性。同時(shí)，模擬酶還克服了天然酶提取純化的復(fù)雜性、耗時(shí)多、產(chǎn)量低、酶的不穩(wěn)定性、抗原性等許多不便?？贵w酶(abzyme)

具有催化功能的抗體分子稱(chēng)為抗體酶底物與酶的活性中心結(jié)合時(shí)底物發(fā)生變形改變，產(chǎn)生過(guò)渡態(tài)。如果將底物的過(guò)渡態(tài)類(lèi)似物作為抗原，注入動(dòng)物體內(nèi)產(chǎn)生抗體，則抗體在結(jié)構(gòu)上與過(guò)渡態(tài)類(lèi)似物相互適應(yīng)并可相互結(jié)合，該抗體便具有催化該過(guò)渡態(tài)反應(yīng)的酶活性。當(dāng)抗體與底物結(jié)合時(shí)，就可使底物轉(zhuǎn)變?yōu)檫^(guò)渡態(tài)進(jìn)而發(fā)生催化反應(yīng)?？贵w酶(abzyme)的出現(xiàn)和快速發(fā)展使人們能夠根據(jù)酶的催化理論設(shè)計(jì)更復(fù)雜的模擬酶。五、核酶工程（一）核酶的概念1981年，美國(guó)Colorado大學(xué)的Cech等人首次發(fā)現(xiàn)四膜蟲(chóng)的核糖體前體RNA可以在沒(méi)有蛋白質(zhì)存在的情況下自身催化切除內(nèi)含子，完成加工過(guò)程，這一具有催化活性的RNA的發(fā)現(xiàn)改變了傳統(tǒng)上“酶是蛋白質(zhì)”的觀(guān)念（二）核酶的結(jié)構(gòu)

R．Symons等在比較了一些植物類(lèi)病毒、抗病毒和衛(wèi)星病毒RNA自身剪切規(guī)律后提出錘頭結(jié)構(gòu)(hammerheadstructure)狀二級(jí)結(jié)構(gòu)模型：13個(gè)保守核苷酸殘基3個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)域

Symons等認(rèn)為，只要具備錘頭狀二級(jí)結(jié)構(gòu)和13個(gè)保守核苷酸，剪切反應(yīng)就會(huì)在錘頭結(jié)構(gòu)的右上方GUX序列的3’端自動(dòng)發(fā)生。無(wú)論是天然的還是人工合成的錘頭結(jié)構(gòu)都由兩部分構(gòu)成：

催化結(jié)構(gòu)域（R）底物結(jié)合結(jié)構(gòu)域（S）人工設(shè)計(jì)的核酶：人工合成的小片段RNA，配合在欲破壞其結(jié)構(gòu)的RNA或DNA分子上，使成為錘頭結(jié)構(gòu)（三）核酶的應(yīng)用前景作為RNA限制性?xún)?nèi)切酶核酶的切割反應(yīng)具有特異性，它可以識(shí)別底物RNA的特定序列并在專(zhuān)一位點(diǎn)上進(jìn)行切割，其特異性接近DNA限制性?xún)?nèi)切酶，高于RNase，因此，可利用核酶的這種特性發(fā)展一套序列特異的RNA內(nèi)切酶，應(yīng)用于RNA分子生物學(xué)的研究。作為抗病因子根據(jù)不同生物來(lái)源的靶RNA序列作為底物設(shè)計(jì)不同的核酶，人工合成它們的序列，利用基因工程技術(shù)進(jìn)行克隆，或用作目的基因轉(zhuǎn)到動(dòng)物、植物或微生物中使其在體內(nèi)表達(dá)，可有效地抑制相應(yīng)靶RNA，從而達(dá)到抗病毒和基因治療的目的。艾滋病、肝炎、腫瘤治療在人類(lèi)基因組研究等分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中也有一定的應(yīng)用。酶和固定化酶在體外進(jìn)行催化反應(yīng)時(shí)，都必需在一定的反應(yīng)容器中進(jìn)行，以便控制酶催化反應(yīng)的各種條件和催化反應(yīng)的速度。用于酶進(jìn)行催化反應(yīng)的容器及其附屬設(shè)備稱(chēng)為酶反應(yīng)器。六、酶反應(yīng)器酶催化反應(yīng)過(guò)程示意圖過(guò)程調(diào)控生物反應(yīng)器

消毒原料預(yù)處理

產(chǎn)物分離提純

產(chǎn)品生物催化劑制備空氣除菌能量熱量間隙式攪拌罐反應(yīng)器連續(xù)流動(dòng)攪拌罐反應(yīng)器填充床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器循環(huán)反應(yīng)器連續(xù)流動(dòng)攪拌罐－超濾反應(yīng)器1、理想的酶反應(yīng)器的要求生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)：使產(chǎn)品的質(zhì)量最高，生產(chǎn)成本最低。評(píng)價(jià)生物反應(yīng)器的主要標(biāo)準(zhǔn)：反應(yīng)器生產(chǎn)能力的大小和產(chǎn)品質(zhì)量的高低。(4)應(yīng)具有最佳的無(wú)菌條件，否則，雜菌污染使反應(yīng)器的生產(chǎn)能力下降。(1)所用生物催化劑應(yīng)具有較高的比活和酶濃度（或細(xì)胞濃度），才能得到較大的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率。(2)能用電腦自動(dòng)檢測(cè)和調(diào)控，從而獲得最佳的反應(yīng)條件。(3)應(yīng)具有良好的傳質(zhì)和混合性能。傳質(zhì)是指底物和產(chǎn)物在反應(yīng)介質(zhì)中的傳遞。傳質(zhì)阻力是反應(yīng)器速度限制的主要因素。2、各種酶反應(yīng)器的特點(diǎn)反應(yīng)器類(lèi)型適用的操作方式適用的酶特點(diǎn)攪拌罐式反應(yīng)器分批式,流加分批式連續(xù)式,游離酶固定化酶反應(yīng)比較完全，反應(yīng)條件容易調(diào)節(jié)控制。填充床式反應(yīng)器連續(xù)式固定化酶密度大，可以提高酶催化反應(yīng)的速度。在工業(yè)生產(chǎn)中普遍使用。流化床反應(yīng)器分批式流加分批式連續(xù)式固定化酶流化床反應(yīng)器具有混合均勻，傳質(zhì)和傳熱效果好，溫度和pH值的調(diào)節(jié)控制比較容易，不易堵塞，對(duì)粘度較大反應(yīng)液也可進(jìn)行催化反應(yīng)。反應(yīng)器類(lèi)型適用的操作方式適用的酶特點(diǎn)鼓泡式反應(yīng)器分批式流加分批式連續(xù)式游離酶固定化酶鼓泡式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，剪切力小，混合效果好，傳質(zhì)、傳熱效率高,適合于有氣體參與的反應(yīng)。膜反應(yīng)器連續(xù)式游離酶固定化酶清洗比較困難噴射式反應(yīng)器連續(xù)式游離酶通入高壓噴射蒸汽，實(shí)現(xiàn)酶與底物的混合，進(jìn)行高溫短時(shí)催化反應(yīng)，適用于某些耐高溫酶的反應(yīng)3、酶反應(yīng)器的選擇和使用影響酶反應(yīng)器選擇的因素很多，但一般可以從以下幾個(gè)方面考慮：酶的形式(游離/固定化..)固定化酶的形狀底物的物理性