抗体酶(Abzyme)课程
酶学-5-抗体酶与酶的修饰及活性调节
IgG结构
IgM的一级结构 的一级结构
IgG的空间结构 的空间结构
IgG与抗原形成 与抗原形成 的交联晶格
多克隆抗体和单克隆抗体
如果给动物注射抗原,虽然抗原与各种抗体产生细胞的亲和 如果给动物注射抗原 虽然抗原与各种抗体产生细胞的亲和 性有所不同,但是还是有大量抗体产生细胞将与之结合 但是还是有大量抗体产生细胞将与之结合,结果血 性有所不同 但是还是有大量抗体产生细胞将与之结合 结果血 液中出现的抗体源于数种不同的细胞克隆，这些抗体就是多克 液中出现的抗体源于数种不同的细胞克隆，这些抗体就是多克 隆抗体（ ）。如果可以分离到抗体产生细 隆抗体（polyclonal antibodies）。如果可以分离到抗体产生细 ）。 胞的单克隆，然后使所有的抗体均来自同样的克隆， 胞的单克隆，然后使所有的抗体均来自同样的克隆，这样制备 的抗体称为单克隆抗体（monoclonal antibodies）。 的抗体称为单克隆抗体（ ）。 单克隆抗体 由于单抗细胞的寿命有限，严重限制了单抗的常规制备。 由于单抗细胞的寿命有限，严重限制了单抗的常规制备。 1975年，Milsetein和Kohler创建了不受限制地大量制备针对特 年 和 创建了不受限制地大量制备针对特 异抗原的单抗技术，将可产生专一性抗体的B淋巴细胞与具有 异抗原的单抗技术，将可产生专一性抗体的 淋巴细胞与具有 无限繁殖能力的恶性淋巴瘤细胞（骨髓瘤细胞）融合， 无限繁殖能力的恶性淋巴瘤细胞（骨髓瘤细胞）融合，融合体 称为杂交瘤细胞，它既可以永久地培养， 称为杂交瘤细胞，它既可以永久地培养，又可分泌大量的均一 的抗体。由于用这个技术产生的抗体具有很高的专一性， 的抗体。由于用这个技术产生的抗体具有很高的专一性，现已 成为研究的常用工具。 成为研究的常用工具。
抗体酶
抗体酶综述陈璇【摘要】抗体酶是一类以过渡态类似物，为半抗原，可诱导免疫系统产生具有类似天然酶催化活性的免疫球蛋白。
抗体酶既具有抗体的高效选择性，又能像酶那样高效催化化学反应，开创了催化剂研究的崭新领域。
本文从抗体酶的发展历史、作用原理、制备、应用及研究展望多个角度进行综述。
【关键词】抗体酶；发现史；作用原理；制备；现状及应用前景抗体酶抗体酶(abzyme)，又称催化抗体(cat·alytic antibody)，是指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，它除了具有相应免疫学性质，还类似于酶，能催化某种活性反应。
抗体与酶相似，它们都是蛋白质分子．酶与底物的结合及抗体与抗原的结合都是高度专一性的，但这两种结合的基本区别在于酶与高能态的过渡态分子相结合，而抗体则与抗原(基态分子)相结合。
抗体与天然酶相比，最大的优点在于抗体的种类是巨大的，免疫系统可以拥有10 种抗原特异性不同的抗体分子。
制备成功的抗体酶不但能催化一些天然酶能催化的反应，而且还能催化一些天然酶不能催化的反应。
抗体酶的发现早在l948年，美国斯坦福大学荣誉退休化学教授l』_波林(LinusPaulin'f)就提出过渡态理论(transition state theory) [2]。
这一理论认为，酶之所以具有催化能力，是因为它与反应分子(底物)的牢固结合的方式，有利于反应中的过渡态(transition state)的结构。
而这种结构会迅速重新排列成该反应的产物。
任何有利于过渡态，而不是其它可能的结构的因素，都能加快化学反应速度。
1 969年，布兰戴斯大学生物化学家w ·詹克斯(w ·Jenks)进一步发展了这一理论。
他和几位美国科学家认为，如果波林的观点是正确的话，那么利用某一反应过渡态的模拟物作为免疫原，则会得到催化该反应的抗体。
这种抗体能特异地识别化学反应的过渡态，并利用其结合能降低反应的活化能。
抗体酶
1986年Schultz以对硝基苯酚磷酸胆碱酯（PNPPC） 作为相应的羧酸二酯的过渡态类似物。 诱导产生的抗体酶使水解反应速度加快12000倍。
抗体酶
抗体酶（Abzyme）或催化抗体（Catalytic antibody)是抗体的高度选择性和酶的高效 催化能力巧妙结合的产物。
本质上是一类具有催化活力的免疫球蛋
过渡态理论
过渡态理论认为，酶与底物的结合经历了一个 易于形成产物的过渡态，实际上是降低了反应 所需的活化能。
与反应过渡状态结合作用
在酶催化的反应中，与酶的活性中心形 成复合物的实际上是底物形成的过渡状 态， 酶与过渡状态的亲和力要大于酶与底物 或产物的亲和力。
抗体酶设想
1969年Jencks根据抗体结合抗原的高度 特异性，与天然酶结合底物的高度专一 性相类似的特性，在过渡态理论的基础 上首先提出设想：
10.1 模拟酶
11.1.1 模拟酶的概念
模拟酶又称人工酶或酶模型，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，以及酶的作用机制和立体 化学的一门学科，是从分子水平上模拟生物 功能的一门边缘学科。
模拟酶是20世纪60年代发展起来的一个新的研 究领域，是仿生高分子的一个重要的内容。
–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
• 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
白，在
其可变区赋予了酶的属性。 它是利用现代生物学与化学的理论与技术交叉研 究的成果，是抗体的高度选择性和酶的高效催化 能力巧妙结合的产物。
中国海洋大学资料酶通论
酶的辅因子是酶的对热稳定的非蛋白小分子物质部 分，其主要作用是作为电子、原子或某些基团的载体 参与反应并促进整个催化过程。 (1)传递电子体：如 卟啉铁、铁硫簇； (2)传递氢（递氢体）：如 FMN/FAD、NAD/NADP、 C0Q、硫辛酸； (3)传递酰基体：如 C0A、TPP、硫辛酸； (4)传递一碳基团：如 四氢叶酸； (5)传递磷酸基：如 ATP，GTP； (6)其它作用： 转氨基，如 VB6 ；传递CO2，如 生物素。 转氨基
中国海洋大学海洋生命学院 董 文
2、根据结构不同酶可分为：
单体酶：只有单一的三级结构蛋白质构成。分子量较小. 寡聚酶：由多个（两个以上）具有三级结构的亚基聚合 而成。亚基可相同也可不同,亚基间不以共价键相 连.分子量较大. 多酶复合体：由几种酶彼此嵌合形成的复合体,催化一系 列反应连续进行.这类酶复合体分子量很高,一般在 几百万以上。如,丙酮酸脱氢酶复合体(三种酶,四 种辅酶);脂肪酸合成酶复合体(六种酶,多种辅酶)
第八章 酶通论
酶(Enzyme)是一类具有高效率、高 度专一性、活性可调节的生物催化剂
中国海洋大学海洋生命学院 董
文
中国海洋大学海洋生命学院 董
文
发展历史
(1)酶是蛋白质: 1926年,James Summer由刀豆制出脲酶结晶确立酶是 蛋白质的观念，其具有蛋白质的一切性质。 (2)核酶的发现： 1981～1982年，Thomas R.Cech实验发现有催化活性 的天然RNA—Ribozyme。 L19 RNA和核糖核酸酶P的RNA组分具有酶活性是两个 最著名的例子。 (3)抗体酶（abzyme）： 1986年，Richard Lerrur和Peter Schaltz运用单克 隆抗体技术制备了具有酶活性的抗体（catalytic antibody）。
抗体酶
抗体酶的研究，为人们提供了一条合理途径去设 计适合于市场需要的蛋白质，即人为地设计制作 酶。它是酶工程的一个全新领域。 构建有别于天然功能酶的新酶类，是酶工程研究 的又一前沿领地。
2013-11-13
拷贝法
用已知酶作为抗原免疫动物，通过单克 隆技术，制得抗该种酶的抗体。再以此种抗 体免疫动物，再次采用单克隆技术，经筛选 与纯化，就可获得具有原来酶活性的抗体酶 (因为抗原与该抗产生的抗体具有互补性， 经过上述两次拷贝，就把酶的活性部位的信 息翻录到抗体酶上，使该抗体酶能高选择性 地催化原酶所催化的反应)。 这种方法对自然界来源稀少的紧缺酶， 不失为一种有价值的有潜力的方法。
2013-11-13
既然过渡态分子难以捕获，而过渡态类似物 是能够模拟一个酶催化反应过渡态的结构的 稳定物质，于是人们就设想，只要寻找到与 反应中决定性步骤的相应酶紧密结合的酶竞 争性抑制剂，就等于发现了过渡态类似物； 还有一种思路，就是这种类似物也能根据化 学反应机制推测设计出来。然后，以过渡态 类似物为半抗原，利用哺乳动物的免疫系统， 诱导与其互补构象的抗体产生，这种抗体即 具有催化活性——这就是 1969 年Jencks 提出的，他发展了 Pauling 的理论；接着， Kohler 和Milstein 于 1975 年发明了具有 历史意义的单克隆技术，使抗体酶的生产成 为可能。
2013-11-13
诱导法
诱导法是选择适当的化学模型物与载 体蛋白连接后给动物免疫，通过杂交瘤技术 筛选和分离单克隆抗体（所得抗体催化效果 的好坏很大程度上取决于化学模型物的设 计）。
2013-11-13
基因工程法
对于已经获得的单抗，分析其氨基酸 序列和相应基因的碱基序列，将抗原结合部 位的基因换上编码有催化作用的氨基酸的基 因，这就是基因工程法制备抗体酶的主要内 容。为可能。利用抗体库技术，在将来也 许有可能绕开免疫，产生完全由基因工程构 建的全新抗体酶。
抗体酶(Abzyme)
免疫球蛋白IgG的一级结构
IgG的三级结构
IgG与抗原形成 的交联晶格
酶 联免疫分析
酶 联 免 疫 吸 附 分 析 （ enzyme-linked immunosorbent assay ELISA）是将酶作为标 记物质，使之和抗原（或抗体）结合形成酶与 抗原（或抗体）复合物，然后再根据待测抗体 （或抗原）与复合物专一且定量的结合关系， 通过测定待测抗体（或抗原）结合的标记酶活 力，从而计算出抗原或抗体的量。
团，如亲核性，亲电性氨基酸，酸性氨基酸，碱 SA法；用ELISA法筛选对半抗原有亲和力 的单克隆抗体 。 2、酶学活性检测法：直接用反应底物检测细胞培 养液中抗体的酶活性。
3、短过渡态类似物法：以过渡态类似物中含有的
必需基团的基本结构单元做为筛选单克隆抗体的 标准。 4、基因筛选法 ：应用基因探针，对基因抗体库 进行分析和筛选。
酶标免疫分析示意图
很多天然酶活性中心都含有金属离子。 Lerner等将金属离子引入抗体酶，成功地催化 了肽键的选择性水解。他们用三乙撑胺Co3+盐
作为金属离子辅因子，所用半抗原分子带有一
肽键。且通过羧根及仲胺基与金属离子相连。 将此半抗原通过共价键连接在载体蛋白免疫动
物产生的抗体，在金属离子复合物作为辅因子
的参与下，这些抗体酶能选择性水解甘氨酸和 丙氨酸之间的肽键 .
三、抗体酶的催化反应类型
1、转酰基反应
2、水解反应
3、Claisen重排反应 4、酰胺合成反应
5
Diels-Alder反应 6、转酯反应 7、光诱导反应 8、氧化还原反应 9、脱羧反应 10、顺反异构化反应
四、抗体酶的制备
1、细胞融合法：用设计好的半抗原，通
核酶和抗体酶
将不同的重链和轻链基因随机组合，克隆 到合适的表达载体中，在原核细胞表达不 同的抗体，形成一个抗体库，从这个抗体 库中，用抗原可以筛选到相应的抗体基因。
引入法
随着噬菌体抗体库技术的完善，可根据需 要构建适当序列的基因片断，绕过免疫学 方法，构建全新的抗体酶。 噬菌体展示技术将组建亿万种不同特异性 抗体可变区基因库和抗体在大肠杆菌中功 能性表达，与高效快速的筛选手段结合起 来，彻底改变了抗体酶生产的传统途径。
A. 酯酶的底 物–酯
B.酯的羧基碳原子 受到亲核攻击形成 四面体过渡态
C.设计的磷酸酯 类似物,作为抗原 去免疫实验动物
O –C –
磷酸酯类似物 免
(半抗原)
疫
对酯水解反应有 催化作用的单克
隆抗体
抗体酶用于有机酯的水解，过渡态类似 物磷酸盐和磷酸酯作为免疫原诱导产生 的单克隆抗体催化水解反应比未催化反 应快104倍。
L-19IVS
G- P
- OH +
15nt
P399nt
图 13- 四膜虫 35S RNA 内含子剪接 的转酯反应模型
L-19具有酶的主要特 征：专一性强，加快 反应速度，反应前后 酶分子保持不变
L-19 IVS所催化的水解反应和连接反应
异议
引入法
用基因工程方法改造和制备全新的抗体酶 是一种很有前途和发展潜力的抗体酶制备 方法。
将催化基因引入到特异抗体的抗原结合 位点上，使其获得催化功能。 也可以针对性地改变抗体结合区的某些 氨基酸序列，以获得高效的抗体酶。
引入法
对于已产生的单抗，分析抗体结合部位 的氨基酸顺序或对应的碱基顺序。 通过对抗体酶结合部位氨基酸对应的基 因序列进行定点突变，希望能在抗体结 合部位换上有催化作用的氨基酸。 改变抗体酶的催化效率。
综述_抗体酶的研究进展_
中山大学研究生学刊（自然科学、医学版）第34卷第3期JOUＲNAL OF THE GＲADUATES VOL.34ɴ32013SUN YAT-SEN UNIVEＲSITY（NATUＲAL SCIENCES、MEDICINE）2013综述《抗体酶的研究进展》*陆诗淼（1．中山大学中山医学院免疫学专业）【内容提要】抗体酶又称催化性抗体，是具有催化活性的免疫球蛋白，在其可变区赋予了酶的属性，是抗体的高度选择性和酶的高效催化能力巧妙结合的产物，它可促进许多用普通化学方法很难完成，或者天然酶尚未能催化的新奇转变，特别是自然界不存在的高效催化剂，对生物学、化学和医学等多种学科有重要的理论意义和实用价值。
文章综合介绍了抗体酶研究的历史过程、催化抗体的结构、性质、催化的反应类型原理、制备、应用及研究的最新进展。
【关键词】催化抗体；抗体酶；酶学特征；应用进展抗体酶是具有催化性质的抗体。
从1883年Payen和Personz发现第一个酶以来，自从1986年Schultz和Lerner首次证实由过渡态类似物为半抗原，通过杂交瘤技术产生的抗体具有类似酶的催化活性以来，直至20世纪80年代初期，整整一个半世纪，发现的酶已经超过了4000种。
1986年，Schultz和Lerner同时在美国《Science》周刊上发表了他们各自独立领导的研究组对抗体酶的研究报告，并将之命名为Abzyme。
Abzyme本质为免疫球蛋白（Ig），只是在易变区被赋予了酶的属性，故又被称为催化抗体（Catalytic antibody）。
抗体有极高的亲和力，解离常数在10－4 10－14mol/L，这与酶相似，但无催化活力。
酶的催化机制在于它能结合底物产生过渡态，降低能垒，改变化学反应的速度。
抗体酶显示出在许多领域的潜在应用价值，包括许多困难和能量不利的有机合成反应，前药设计，临床治疗，材料科学等多个方面。
抗体酶这种兼具抗体和酶的性质的崭新物质，它集生物学、免疫学、化学于一身，它的发现打破了只有天然酶才有的分子识别和加速催化反应的传统观念，为酶工程学开创了新的领域，同时也为验证天然酶的催化机制，进行酶的人工摸拟，以及研究天然酶催化作用的起源提供了很好的帮助。