抗体酶PPT课件
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抗体酶
制备方法
• 1、杂交瘤技术 • 经体内免疫后再进行细胞融合是制备抗体酶的一种传统方法。 杂交瘤技术的基本原理是用不能在培养液中生长的但能产生抗 体的脾脏细胞，与能在培养液中生长的骨髓瘤细胞进行融合， 融合得到的杂交细胞既能产生抗体又能在体外培养，通过选择 培养，以获取能产生单克隆抗体的杂交瘤细胞。再把这些细胞 单克隆化，即繁殖成母体的同一细胞或形成菌落。这些菌落能 够产生单一均匀的抗体，可用于进行单克隆抗体的扩大生产。 对这些菌落用酶联免疫吸附法等方法加以筛选。该制备方法的 关键是要有合适而稳定的过渡态模拟物作半抗原，以产生与过 渡态高度亲和的抗体酶。由于大多数反应过渡态类似物的分子 量较低，即所谓的半抗原，他们本身免疫原性很弱，必须与某 种载体偶联才能表现免疫原性。本方法所得到的抗体酶的催化 能力的高低，在很大程度上取决于化学模型物的设计，现在应 用的设计策略包括：诱导和转化设计，反应免疫，“潜过渡态” 半抗原设计等等。
• 2、抗体结合部位修饰法 • 将催化基团或辅助因子引入到抗体的抗原结合部位，一 般可采用两种方法：即选择性化学修饰法和基因工程定 点突变法。抗体酶和酶一样也可以用化学修饰的方法加 以改造。对抗体酶进行结构修饰的关键，是找到一种吻 合的方法在抗体结合位置或附近引入酶的催化基 空间排布恰到好处，就能产生高活力的抗体酶。为提高 抗体酶的催化能力，可采用邻近效应，静电催化，应变， 功能团催化等方法，在抗体结合位点引入催化基团。基 因工程定点突变法是利用位点专一性突变引起抗体结合 部位氨基酸的改变，能在抗体结合部位换上有催化作用 的氨基酸，进而改变抗体酶的催化效率。目前，定点突 变的方法己成为提高抗体酶活性的一种常规方法。
• 3、克隆免疫反应因子的基因 • 通过PCR技术克隆出全套免疫球蛋白的可变位点 使它们随机地将基因的轻重链结合，这些含上利用了免疫因子的多样性， 通过这种方法我们可从上百万种可能性中选择 抗体酶。[1]
抗体酶
抗体的精细识别使其能结合几乎任何天然的或合 成的分子 抗体酶催化反应的介质效应
酯解反应中介质效应 ： 抗体酶在有机溶剂中具稳定性。 脱羧反应中介质效应：有机溶剂引起脱羧反应速率增 加。
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酰基转移反应中介质效应 ：在疏水溶剂中，活性较高。
抗体酶的制备
将抗体转变为酶可通过诱导法、拷贝法、引入法、化学修饰法等 途径。
1999年，Okamoto报道多克隆 的抗体酶41s-2-L能够特异识别艾 滋病病毒gp41的一段十分保守的 氨基酸序列并将其降解。 2010年，Haggag阐明了DNA酶 的抗体酶中分子模型中结构和功能 之间的关系。 如今，抗体酶已经在新肿瘤药物的 开发，手性药物的拆分，毒品的戒 除，复杂天然产物的合成方面显示 出巨大的潜在价值
Thank you！
用酶作为抗原免疫动物得到抗 酶的抗体，再将此抗体免疫动 物并进行单克隆化，获得单克 隆的抗抗体。 对抗抗体进行筛选，获得具有 原来酶活性的抗体酶。
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，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。
—— 洪维剑, 蔡发国, 朱丽如. 抗体酶研究的新进展[J]. 饲料研究, 2009,(10)
1) 存在的问题及解决策略： 问题1：目前, 抗体酶技术工业化面临的最大困难是生产 出的一些抗体酶的底物专一性、反应选择性和催化效率不 如天然酶。 抗体酶催化活性较低的可能原因是：
1.设计出的半抗原与真实过渡态之间总会存在细微的差别； 2.抗体酶的结合位点易受底物抑制和环境因素的影响； 3.同一种类的不同细胞产生的抗体酶的活性有差异，多数特异性的 抗体酶并不是单一的分子种类,这使得抗体酶的分离纯化较为困难。 4.抗体酶多为鼠源性的单克隆抗体, 在诱导中机体内可能会产生抗 催化抗体的蛋白, 使抗体酶失活。
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。
抗体酶
（二）在前药设计中的应用
抗体酶38C2 是根据I 型缩醛酶的烯胺机理, 通过反应免疫方法得到 的。通过位于底物结合部位疏水口袋的活性赖氨酸残基 , LYS, 抗体酶 38C2 可催化醇醛缩合, 逆醇醛和逆Michael 反应, 以及接受宽范围的底 物, 因而可用作为前药的激活剂。Shabat 等设计了一种全新的前药释放 系统, 利用有次序的逆醛醇缩合和逆Michael 反应可除去前体药物中的保 护基, 释放出活性药物。这种策略已成功地用于喜树碱(Camptothecin), 阿霉素(Doxorubicin), 依托泊甙(Etoposide等抗肿瘤药以及降血糖药胰岛 素(Insulin)的前药设计(如图)。
抗体酶在生物催化领域的应用
LICME
演讲内容
简介 作用 原理
问题及 展反应
抗体（antibody）：指机体的免疫 系统在抗原刺激下，由B淋巴细胞或 记忆细胞增殖分化成的浆细胞所产 生的、可与相应抗原发生特异性结 合的免疫球蛋白。
酶（enzyme）：具有生物催化功 能的高分子物质。
B.基因工程定点突变法
随着基因工程技术的发展。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。 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，然后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，在抗体结合部位加上有催化作用 的氨基酸，进而改变抗体酶的催化效率． 这就是基因工 程法生产抗体酶的原理。
六.一种催化甲状腺素脱碘的抗体酶
3 , 5 , 3′, 5′-四碘甲状腺原氨酸又称甲状腺素(T4)。在人和 动物体中, 它对机体的生长发育、基础代谢与脑和器官的形成发挥 重要调节功能, 这主要通过其降解产物3 , 5 , 3′-三碘甲状腺原氨 酸(T3)和受体的相互作用来完成。生物体内的T3 主要由T4 在脱碘 酶催化下脱碘产生,这个转变主要由含硒的碘甲状腺原氨酸脱碘酶 同源家族来完成。其中I 型碘甲状腺原氨酸脱碘酶(DI)起主要作用 , 缺乏DI 将导致严重的甲状腺疾病。研究发现I 型脱碘酶的酶学性 质、催化机制、空间结构和生理功能等进行了系统研究, 证实它为 一种分子量27 ku 的含硒酶, 含有一个硒代半胱氨酸催化基团, 能催 化T4 降解为T3 和rT3 。研究表明, 若将硒代半胱氨酸突变为其它 氨基酸, 则酶的活性几乎全部丢失。 本文以脱碘酶的结构和初步催化机制为基础, 采用单克隆抗体 技术和化学修饰法制备了一种新的具有脱碘作用的抗体酶, 并对其 动力学性质进行了研究。
抗体酶PPT课件
抗体是指能与相应抗原特异性结合具有 免疫功能的球蛋白。
Claisen重排
单克隆抗体制备技术
抗体酶的化学及酶学特征
抗体酶与天然酶相同点: （1）都是依赖于分子间的极性互补及立体互补进行识别。 （2）它们都遵守米氏动力学方程; （3）在研究活性部位方法相同
解离常数Kd (抗原—抗体) 和Km(抗体—底物) 来比较分子 识别程度,从而改进分子设计。
（3）酶分子底物识别部位所占有的氨基酸一般为7 个左右, 但抗体酶底物识别部位的氨基酸约为15～20 个。抗体酶识 别部位所含有的氨基酸数量较多,并且识别部位与水解部位 相距较远,因而增强了催化反应的底物特异性。抗体酶的这
（5）天然酶的种类是在物种的长期进化过程中形成的,因 此其数量相对稳定;而抗体酶则是运用化学、免疫学、分子
生物学、分子遗传学等技术人工制备的与天然酶具有相似
酶活性的抗体,甚至可以产生自然界中不存在的新酶即超自 然酶,这对于酶的催化反应机制研究及实验应用都有重要意 义。
抗体酶与天然酶不同点:
（1）酶催化作用机制是“锁钥学说”(lock and ey) 及“诱 导契合学说”(induced - fit)；而抗体酶的催化机制目前还没 有完全搞清楚,Janda曾提出“诱饵开关”(bait and switch) 机制。
（2）酶与底物结合程度பைடு நூலகம்亲和力,用Km表示;而抗体可用
些特点在医学上具有重要意义
（4）对于天然酶来说,在研究催化机制时,需要分析蛋白的晶
体结构,探索其空间、电荷分布的情况。如果只用化学修饰、
蛋白质工程技术很难确切知道活性部位的空间结构;而对抗 体酶来说,因为采用事先设计的化合物做为半抗原,根据抗体 和抗原间的互补关系,直接推测抗体酶活性部位的结构,对其 催化机制进行研究。
Claisen重排
单克隆抗体制备技术
抗体酶的化学及酶学特征
抗体酶与天然酶相同点: （1）都是依赖于分子间的极性互补及立体互补进行识别。 （2）它们都遵守米氏动力学方程; （3）在研究活性部位方法相同
解离常数Kd (抗原—抗体) 和Km(抗体—底物) 来比较分子 识别程度,从而改进分子设计。
（3）酶分子底物识别部位所占有的氨基酸一般为7 个左右, 但抗体酶底物识别部位的氨基酸约为15～20 个。抗体酶识 别部位所含有的氨基酸数量较多,并且识别部位与水解部位 相距较远,因而增强了催化反应的底物特异性。抗体酶的这
（5）天然酶的种类是在物种的长期进化过程中形成的,因 此其数量相对稳定;而抗体酶则是运用化学、免疫学、分子
生物学、分子遗传学等技术人工制备的与天然酶具有相似
酶活性的抗体,甚至可以产生自然界中不存在的新酶即超自 然酶,这对于酶的催化反应机制研究及实验应用都有重要意 义。
抗体酶与天然酶不同点:
（1）酶催化作用机制是“锁钥学说”(lock and ey) 及“诱 导契合学说”(induced - fit)；而抗体酶的催化机制目前还没 有完全搞清楚,Janda曾提出“诱饵开关”(bait and switch) 机制。
（2）酶与底物结合程度பைடு நூலகம்亲和力,用Km表示;而抗体可用
些特点在医学上具有重要意义
（4）对于天然酶来说,在研究催化机制时,需要分析蛋白的晶
体结构,探索其空间、电荷分布的情况。如果只用化学修饰、
蛋白质工程技术很难确切知道活性部位的空间结构;而对抗 体酶来说,因为采用事先设计的化合物做为半抗原,根据抗体 和抗原间的互补关系,直接推测抗体酶活性部位的结构,对其 催化机制进行研究。
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。
核酶和抗体酶
ination library）
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。
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。
核酶抗体酶ppt课件
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3、核酶作用的特点
化学本质 RNA 底物 RNA 肽键 ā-葡聚糖分支酶 反应特异性(专一性）碱基 催化效率 低 产物
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4.核酶的分类
锤头核酶
发夹核酶 剪切型核酶 丁型肝炎病毒（HDV)核酶
根据催化反应
RNaseP
I内含子
剪接型核酶 II内含子
2. 免疫源性低，很少引起免疫反应。 3. 针对锤头核酶而言，催化结构域小，既可作为转基因表达产 物，也可以直接以人工合成的寡核苷酸形式在体内转运。
二、在其他领域的应用
防治动、植物 病毒侵害：马铃薯纺锤形块茎类病毒负链 的多价核酶构建，马铃薯卷叶病毒复制酶基因负链的突变 核酶的克隆等
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剪切位点
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RNaseP底物的二级结构
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1、转核苷酸作用 2CpCpCpCpC CpCpCpCpCpC +CpCpCpC
2、水解作用 CpCpCpCpC CpCpCpC + pC
3、转磷酸作用 CpCpCpCpCpCp+UpCpU
CpCpCpCpCpC + UpCpUp 4、去磷酸作用
核糖核酸酶P(RNaseP)是内切核酸酶，是核
糖核蛋白体复合物，能剪切所有tRNA前体的 5‘端，除去多余的序列，形成3’-OH 和 5’磷酸末端。
RNaseP由M1RNA和蛋白质亚基组成。
体外： M1RNA具催化作用
蛋白质作为辅助因子
体内： M1RNA和蛋白质对酶活性都是必需的。
2、1剪切机制 Mg 2+
2、2结构与功能的关系 M1RNA 5‘端完 整结构对维持催化活性是必需的。
3、核酶作用的特点
化学本质 RNA 底物 RNA 肽键 ā-葡聚糖分支酶 反应特异性(专一性）碱基 催化效率 低 产物
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4.核酶的分类
锤头核酶
发夹核酶 剪切型核酶 丁型肝炎病毒（HDV)核酶
根据催化反应
RNaseP
I内含子
剪接型核酶 II内含子
2. 免疫源性低，很少引起免疫反应。 3. 针对锤头核酶而言，催化结构域小，既可作为转基因表达产 物，也可以直接以人工合成的寡核苷酸形式在体内转运。
二、在其他领域的应用
防治动、植物 病毒侵害：马铃薯纺锤形块茎类病毒负链 的多价核酶构建，马铃薯卷叶病毒复制酶基因负链的突变 核酶的克隆等
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RNaseP底物的二级结构
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1、转核苷酸作用 2CpCpCpCpC CpCpCpCpCpC +CpCpCpC
2、水解作用 CpCpCpCpC CpCpCpC + pC
3、转磷酸作用 CpCpCpCpCpCp+UpCpU
CpCpCpCpCpC + UpCpUp 4、去磷酸作用
核糖核酸酶P(RNaseP)是内切核酸酶，是核
糖核蛋白体复合物，能剪切所有tRNA前体的 5‘端，除去多余的序列，形成3’-OH 和 5’磷酸末端。
RNaseP由M1RNA和蛋白质亚基组成。
体外： M1RNA具催化作用
蛋白质作为辅助因子
体内： M1RNA和蛋白质对酶活性都是必需的。
2、1剪切机制 Mg 2+
2、2结构与功能的关系 M1RNA 5‘端完 整结构对维持催化活性是必需的。
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▪ 多克隆抗体 (Polyclonal Antibody) 多个B淋巴细胞克隆所分泌的抗体。
2021
抗原（antigen ，Ag）
1 4
Ag
2 3
表位，抗原结合位点，抗原决定簇（epitope）
2021
1 4
Ag 2
3
单抗与多 抗的区别：
B1
B2
B3
B4
多克隆抗体
B3 B3 B3 B3
单克隆抗体
制备单克隆抗体的基本原理：
致敏的B淋巴细胞
骨髓瘤细胞 （myeloma）
（能够分泌特异性的抗体 ，
（不能分泌特异性的抗体，
不能在体外长期生存 ）
2021
抗体酶——Abzyme
本质上是一类具有催化活力的免疫球蛋（Ig） ， 在其可变区赋予了酶的属性。
所以，其实抗体酶是一种特殊的抗体，它有着催 化特性，可谓是酶和抗体性质的兼得。所以又被称为 催化抗体。（Catalytic antibody）
2021
抗体酶的作用机制
酶和抗体的本质差别在于：酶是能和反应过渡态 (激发态分子)选择结合的催化物质。而抗体是和基态 分子选择结合的催化物质 ,它们识别底物的机理是相 同的所。以，设计和制备稳定的过渡态类似物作为半抗 原诱导产生抗体 ，这样产生的抗体就能识别反应过 程的真正过渡态，该抗体具有酶催化反应的基本特征， 成为一种具有酶活性的抗体。这就是我们所称的抗体 酶。
生的一种蛋白质，主要存在于血清等体液中,能与相应抗 原特异性地结合，具有免疫功能。其本质是一类免疫球 蛋白。
2021
抗体结构
抗体分子是由两条轻 链(light chain, L链) 和两条重链(heavy chain, H链)通过链间二 硫键连接而成的四肽键 结构。
2021
2021
2021
抗体
相同点：都是蛋白质，都有特异性。 不同点： 1）抗体无催化活力，酶有催化活力。 2）本质差别：酶是能与反应过渡态选择结合的催化物质， 抗体是和基态紧密结合的物质。 3）酶的活性和合成受到代谢调节，种类有限。 抗体只有在抗原存在时才产生，种类无限。
2021
A question: 如何让抗体具有酶活性 ？
Peter Schultz
ห้องสมุดไป่ตู้
证实了抗体和酶一 样，能专一催化化学反 应的事实。此后，抗体 酶才从理论变为了现实。
2021
A question:
抗体酶是酶还是抗体 ？
2021
二、抗体酶的结构与机制
什么是酶(enzyme) ？ 酶——活细胞产生，起生物化学反应催化剂作用的
蛋白质。
什么是抗体（antibody，Ab）？ 抗体——是B细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞所产
2021
2、有更强的专一性和稳定性 抗体的精细识别使其能结合几乎任何天然的或合成的 分子 抗体酶催化反应的介质效应
酯解反应中介质效应 ： 抗体酶在有机溶剂中具稳定性。 脱羧反应中介质效应：有机溶剂引起脱羧反应速率增加。 酰基转移反应中介质效应 ：在疏水溶剂中，活性较高。
2021
抗体与酶的异同：
抗体的最显著的特征是 多样性和专一性
2021
抗原结合片段(antigen binding fragment,Fab) 和可结晶片段
(crystallizabefragement,Fc)
位于H和L链的N-端的可变区 是抗原的结合位点,由约110个 氨基酸构成(variable region,V) 。
2021
特异蛋白
抗原抗体
半抗原
抗原抗体
2021
抗体酶
抗体酶模型
2021
抗体酶的特性
一种对酶促反应过渡态特异的抗体 结合了酶与抗体的优点，既可以起酶促催化作用， 又可以起抗体的选择性和专一性结合抗原的作用。
1、能催化一些天然酶不能催化的反应 有许多化学反应还没有已知酶催化进行 抗体的多样性决定了抗体酶催化反应类型多样性 抗体酶可以根据需要人工裁制
半抗原：能与对应抗体结合出现抗原-抗体反应、又不 能单独激发人或动物体产生抗体的抗原。它只有反应原 性，不具免疫原性，又称不完全抗原。
一般是蛋白质使结合物具有抗原性，而半抗原则决定 结合物的抗原特异性。
2021
如愿以偿
在1986年，加利福尼亚实验室的Lerner和Schultz 同时 报道了成功制备具有催化能力的单克隆抗体---催化抗体。
这就意味着 ，抗体一旦能与过渡态相结合 ，它就具 有酶的性质 。
2021
寻找过渡态类似物作为半抗原产生的抗体
可能具有酶活性
以稳定的过渡态类似物作为半抗原，诱导与其互补 构像的抗体，这样产生的抗体就能识别反应过程的真正过 渡态，该抗体即有酶催化反应的基本特征，可能成为一种
具有酶活性的抗体。
2021
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。
2021
能与过渡态结合的抗体也具有酶的性质
根据Pauling理论 ，William Jencks于1969年预言： 若能找到对应某反应过渡态的抗体，将其加入该反应体系 中，就可观测到这个抗体对该反应的催化效应。
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三、抗体酶的制备
抗体酶制备的基本原理
如果能适当地改变抗体中与抗原结合部位的微 环境，并在适当部位引入相应的催化基团，那就有 可能使抗体转变为具有催化性能的抗体酶。
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制备方法 诱导法
基因工程法 拷贝法 导入法 修饰法
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一、抗体的一些基本概念
▪ 单克隆抗体 (Monoclonal Antibody,McAb) 单个B淋巴细胞克隆所分泌的抗体。
问题的提出：
抗体分子的多样性及其高度精确识别性使其能结合几乎任 何天然的或合成的分子。
能否利用抗体的这一特性将抗体开发成象酶 那样的催化剂呢？
1986年<Science>同时发表了两篇来自由Lemer和Schultz分别领 导的两个研究组发现具有酶催化性质的抗体研究报告。
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抗体酶的出现使科学家 设计酶的梦想正逐渐变为现实
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第七章 抗体酶 Chapter 7 Abzyme
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第七章 抗体酶
一 概述 二 机制 三 制备 四 应用
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一、抗体酶的发现与研究思路
酶的催化机理是降低活化能。
1946年,诺贝尔奖二次得主 美国化学家Linus Pauling 提 出酶催化反应的过渡态理论。
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抗原（antigen ，Ag）
1 4
Ag
2 3
表位，抗原结合位点，抗原决定簇（epitope）
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1 4
Ag 2
3
单抗与多 抗的区别：
B1
B2
B3
B4
多克隆抗体
B3 B3 B3 B3
单克隆抗体
制备单克隆抗体的基本原理：
致敏的B淋巴细胞
骨髓瘤细胞 （myeloma）
（能够分泌特异性的抗体 ，
（不能分泌特异性的抗体，
不能在体外长期生存 ）
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抗体酶——Abzyme
本质上是一类具有催化活力的免疫球蛋（Ig） ， 在其可变区赋予了酶的属性。
所以，其实抗体酶是一种特殊的抗体，它有着催 化特性，可谓是酶和抗体性质的兼得。所以又被称为 催化抗体。（Catalytic antibody）
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抗体酶的作用机制
酶和抗体的本质差别在于：酶是能和反应过渡态 (激发态分子)选择结合的催化物质。而抗体是和基态 分子选择结合的催化物质 ,它们识别底物的机理是相 同的所。以，设计和制备稳定的过渡态类似物作为半抗 原诱导产生抗体 ，这样产生的抗体就能识别反应过 程的真正过渡态，该抗体具有酶催化反应的基本特征， 成为一种具有酶活性的抗体。这就是我们所称的抗体 酶。
生的一种蛋白质，主要存在于血清等体液中,能与相应抗 原特异性地结合，具有免疫功能。其本质是一类免疫球 蛋白。
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抗体结构
抗体分子是由两条轻 链(light chain, L链) 和两条重链(heavy chain, H链)通过链间二 硫键连接而成的四肽键 结构。
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抗体
相同点：都是蛋白质，都有特异性。 不同点： 1）抗体无催化活力，酶有催化活力。 2）本质差别：酶是能与反应过渡态选择结合的催化物质， 抗体是和基态紧密结合的物质。 3）酶的活性和合成受到代谢调节，种类有限。 抗体只有在抗原存在时才产生，种类无限。
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A question: 如何让抗体具有酶活性 ？
Peter Schultz
ห้องสมุดไป่ตู้
证实了抗体和酶一 样，能专一催化化学反 应的事实。此后，抗体 酶才从理论变为了现实。
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A question:
抗体酶是酶还是抗体 ？
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二、抗体酶的结构与机制
什么是酶(enzyme) ？ 酶——活细胞产生，起生物化学反应催化剂作用的
蛋白质。
什么是抗体（antibody，Ab）？ 抗体——是B细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞所产
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2、有更强的专一性和稳定性 抗体的精细识别使其能结合几乎任何天然的或合成的 分子 抗体酶催化反应的介质效应
酯解反应中介质效应 ： 抗体酶在有机溶剂中具稳定性。 脱羧反应中介质效应：有机溶剂引起脱羧反应速率增加。 酰基转移反应中介质效应 ：在疏水溶剂中，活性较高。
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抗体与酶的异同：
抗体的最显著的特征是 多样性和专一性
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抗原结合片段(antigen binding fragment,Fab) 和可结晶片段
(crystallizabefragement,Fc)
位于H和L链的N-端的可变区 是抗原的结合位点,由约110个 氨基酸构成(variable region,V) 。
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特异蛋白
抗原抗体
半抗原
抗原抗体
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抗体酶
抗体酶模型
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抗体酶的特性
一种对酶促反应过渡态特异的抗体 结合了酶与抗体的优点，既可以起酶促催化作用， 又可以起抗体的选择性和专一性结合抗原的作用。
1、能催化一些天然酶不能催化的反应 有许多化学反应还没有已知酶催化进行 抗体的多样性决定了抗体酶催化反应类型多样性 抗体酶可以根据需要人工裁制
半抗原：能与对应抗体结合出现抗原-抗体反应、又不 能单独激发人或动物体产生抗体的抗原。它只有反应原 性，不具免疫原性，又称不完全抗原。
一般是蛋白质使结合物具有抗原性，而半抗原则决定 结合物的抗原特异性。
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如愿以偿
在1986年，加利福尼亚实验室的Lerner和Schultz 同时 报道了成功制备具有催化能力的单克隆抗体---催化抗体。
这就意味着 ，抗体一旦能与过渡态相结合 ，它就具 有酶的性质 。
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寻找过渡态类似物作为半抗原产生的抗体
可能具有酶活性
以稳定的过渡态类似物作为半抗原，诱导与其互补 构像的抗体，这样产生的抗体就能识别反应过程的真正过 渡态，该抗体即有酶催化反应的基本特征，可能成为一种
具有酶活性的抗体。
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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。
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能与过渡态结合的抗体也具有酶的性质
根据Pauling理论 ，William Jencks于1969年预言： 若能找到对应某反应过渡态的抗体，将其加入该反应体系 中，就可观测到这个抗体对该反应的催化效应。
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三、抗体酶的制备
抗体酶制备的基本原理
如果能适当地改变抗体中与抗原结合部位的微 环境，并在适当部位引入相应的催化基团，那就有 可能使抗体转变为具有催化性能的抗体酶。
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制备方法 诱导法
基因工程法 拷贝法 导入法 修饰法
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一、抗体的一些基本概念
▪ 单克隆抗体 (Monoclonal Antibody,McAb) 单个B淋巴细胞克隆所分泌的抗体。
问题的提出：
抗体分子的多样性及其高度精确识别性使其能结合几乎任 何天然的或合成的分子。
能否利用抗体的这一特性将抗体开发成象酶 那样的催化剂呢？
1986年<Science>同时发表了两篇来自由Lemer和Schultz分别领 导的两个研究组发现具有酶催化性质的抗体研究报告。
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抗体酶的出现使科学家 设计酶的梦想正逐渐变为现实
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第七章 抗体酶 Chapter 7 Abzyme
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第七章 抗体酶
一 概述 二 机制 三 制备 四 应用
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一、抗体酶的发现与研究思路
酶的催化机理是降低活化能。
1946年,诺贝尔奖二次得主 美国化学家Linus Pauling 提 出酶催化反应的过渡态理论。
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