抗體酶

抗體與酶的異同：

相同點：都是蛋白質，都有特異性。

不同點：

1）抗體無催化活力，酶有催化活力。

2）本質差別：酶是能與反應過渡態選擇結合的催化物質，抗體是和基態緊密結合的物質。

3）酶的活性和合成受到代謝調節，種類有限。抗體只有在抗原存在時才產生，種類無限。

抗體酶（abzyme、catalytic antibody）

    抗體酶首先是抗體，具有高度選擇性，同時又具有酶提高化學反應速度。所以

賦予抗體分子和酶兩個不同的屬性。

一、研究背景

    1948年Linus Pauling提出了酶的過渡態催化理論，被認為酶和底物結合不是在

基態上，因為酶與基態底物的結合十分困難，需要克服很大的能障。過渡態結構十

分容易與酶結合，因為酶結構經過底物誘導等，親和力zui強。十分容易越過能障，

加速催化速度。所以，酶具有催化速度快和高選擇性。

而抗體的特征是多樣性和專一性，被認為一種抗原產生108種不同的抗體，抗體

和抗原的專一結合超過了酶的專一性，專一性更高。

酶的專一性在生物進化上演化了上百萬年，抗體的專一性的形成只需要幾個星

期而已。

    現在我們可以借助物理和合成化學的發展，利用免疫系統巨大的細胞和分子網

絡產生催化抗體。

在70～80年代，W.P.Jencks預言，抗某個反應過渡態的抗體具有催化該反應的

能力。

    1975年前后，處于探索的開始階段，一般采用誘導法、引入法進行嘗試，

一般效率很低，有的還測定不出活性。

    1975年時，G.Kohler & C.Milstein 發明了單克隆抗體技術后，就有了后來的抗

體酶。

1986年，美國的Schultz小組研究“對硝基苯酚磷酸膽堿脂（pNPPC）”相應的羧酸二酯水解反應的過渡態類似物時，推測用這個過渡態類似物作半抗原。

這樣的分析，后來的確從中選出了兩株有催化活性的單克隆抗體，一株MOPC167的水解速度達到了1.2x103倍。 經過測定，這個符合米氏方程，具有底物專一性、pH和需要一定的溫度等酶的催化特征。

結果表明底物類似物的結構與有關。

另一實驗：合成一個含吡啶甲酸的磷酸酯化合物用這個過渡態類似物作半抗原免役小鼠，得到12株單抗。

結果：3株有活性，其中一株6D4能與半抗原分子結合外，還能催化不含吡啶甲酸的相應磷酸酯化合物水解，速度快103倍，具有底物專一性和對pH的依賴性。

用半抗原可以競爭性地抑制這個反應。還發現單抗的結合位點的氨基酸改變，可以影響它的催化活性。

的特點：

    在專一性方面超過或相當于我們講的普通酶。

    在反應速度方面接近普通酶。更多的為低些的抗體。

    原因：因為沒有結構的誘導等動態變化；產物釋放困難；底物、產物的

交換困難等。

1、能催化一些天然酶不能催化的反應

q 有許多化學反應還沒有已知酶催化進行

q 抗體的多樣性決定了催化反應類型多樣性

q 可以根據需要人工裁制

 的催化反應類型 

u 轉酰基反應

u 水解反應

u Claisen重排反應

u 酰胺合成反應

u Diels-Alder反應

u 轉酯反應

u 光誘導反應

u 氧化還原反應

u 脫羧反應

u 順反異構化反應

2、有更強的專一性和穩定性

q 抗體的精細識別使其能結合幾乎任何天然的或合成的分子

q 催化反應的介質效應

半抗原：一類小分子化合物，本身不能誘導免疫應答，只有當它共價結合到具

有免疫性的蛋白質后，注射動物才能誘導小分子物質的抗體產生。

設計的通用模式：

     設計一個在空間上和電荷上都與反應過渡態結構相似的穩定分子，以此分子做

半抗原與一載體蛋白共價結合，免疫、誘導產生能結合該半抗原且能催化與半抗原

相應的底物分子轉化的抗體克隆，其底物專一性通過對半抗原結構的調整來實現。

1、半抗原設計中應考慮：

（1） 產生的抗體能否具有預期的催化活性。

 （2） 能否刺激機體免疫應答。

2、半抗原結構與催化抗體之間的關系：

（1） 半抗原結構中應含有芳香結構（具較強的免疫原）。

（2） 催化抗體和半抗原的親和力。

（3） 誘導羧酸酯、酰胺水解的催化性抗體，可利用其具有四面體結構的高能過

渡態類似物為抗原。

（4） 半抗原設計應考慮催化反應的環境與反應機制。

二、如何？

    1、拷貝法：用已知的酶作為抗原對動物進行*次免疫，獲得抗酶抗體；再

用抗酶抗體作為抗原進行第二次免疫獲得抗抗體，抗抗體實際上就是具有原來酶活

性的。

    優點:可以大量單克隆

    缺點:有相當大的盲目性和偶然性，并不能產生新酶。

2. 誘導法或者細胞融合法：

    先用特定的半抗原（過渡態底物決定）與載體蛋白相連（如牛血清白蛋白等），此

偶聯的物質作為抗原         免疫動物，產生抗體           產生抗體的脾臟細

胞與骨髓融合，然后在體外培養，雜交體克隆化，然后繁殖成單一細胞或菌落單一

細胞或菌落產生抗體。用標準單克隆抗體技術來制備、分離、篩選。

我們知道過渡態復合物是個不穩的中間態形式，有些只是理論推測，其結構我

們還不知道，所以這里*步是正確的過渡態復合物的設計。

如酯水解的過渡態復合物是個帶電的四面體結構，想法設計一個帶電的磷酸酯

為過渡態復合物，其中苯基和苯酚基可以改變，也就可以各種結合專一性抗

體酶。

例子：用一個環化的磷酸酯做過渡態類似物免疫兔子，得到催化外消旋的羥基

羧酸酯分子內環化形成內酯；不但速度快，而且產物中一種對映體含量高94%，就

因為有了的加入。

3．引入法（輔助因子）：

    是用選擇性的化學修飾、基因工程或者蛋白質工程方法，將催化基團和輔助因

子引入抗體的抗原結合部位。

    Schultz等人在IgAMOP315抗體結合部位選擇性引入巰基，然后用親和色譜純

化。結果：它水解香豆酯的速度比對照高6×103倍。

    酶的活性中心很多有金屬離子。Lerner等將金屬離子引入，成功地催化

了肽鍵的選擇性水解。他們用三乙撐胺Co3+鹽作為金屬離子輔因子，半抗原分子帶

有一肽鍵，通過羧酸根及仲胺基與金屬離子相連，再共價連接在載體蛋白上，免疫

動物后產生的抗體，在金屬離子復合物作為輔因子的參與下，這些能選擇性

水解甘氨酸和丙氨酸之間的肽鍵，其轉化數達6×104。

4. 用生物工程的方法產生抗體

    Scripps研究院的研究人員開創了一項技術---在體外抗體片斷即Fab片

斷，然后組成催化劑。有這樣的片斷就行，無須完整的抗體分子。

        用抗原免疫小鼠，分離經誘導產生抗體的重鏈基因  

從小鼠基因文庫中取得輕鏈基因，

            輕、重鏈基因重組

                   導入E.coli，表達基因產物

                   從基因產物中分離、篩選

（的輕鏈與金屬離子結合并發揮催化作用，重鏈負責識別抗原）

 該法的意義在于可研制小分子化合物為輔因子的

三、的輔因子

在抗體的抗原結合位點引入輔因子的方法目前有三種：

1、用多種底物類似物一次免疫動物，產生既有輔因子結合部位又有底物結合部位

的抗體。

2、用半合成法將輔因子或催化基團引入到抗體底物結合部位。

3、向抗體中的一條鏈的抗原結合部位引入輔因子。

四、研究的方向問題：

1） 雖然有了不少，但對誘導方法而言，需要尋找一個zui為可能誘導出的過渡態復合物，且這是一個zui為困難的問題。根本原因是酶催化反應有很多不清楚。所以尋找的過渡態復合物是研究的一個重要方面。

2） 通過來研究酶的作用機理，以及為過渡態復合物設計提供理論依據，從而指導的設計。

3）通過對本身的進一步研究，搞清蛋白質結構和功能的關系問題。

4）通過的制備來一些新的原先沒有的新酶。

5）設計有治療價值的新藥物。如利用基因來治療遺傳性疾病。

6）的固定化研究，可以更加有利于工業化。

7）是酶工程研究中的一個重要內容。學本身的理論也要在整個研究過程中得到發展----理論的探索問題。

    總之，zui終目的是發展理論，指導實踐。解決一些人類遇到的難題為人類造福。

研究展望

n 研究酶作用機理，獲得蛋白質結構與功能間關系的一般規律

n 獲得一類新型的蛋白酶

n 催化天然酶不能催化的反應