人工合成酶

天然酶的催化能力極強，能在常温常壓下將化學反應的速度提高10⁷～10⁹倍．具有極廣泛的應用價值。工業上使用的天然酶主要是從微生物細胞中提取的，易混有雜質，提取過程中會失活。純酶的製取則更難，成本十分昂貴。人工合成酶不僅彌補了天然酶製劑生產的不足，而且可以通過基因工程對酶進行定向改造，從而獲得各種生化性能更純的新酶品種。人工合成酶的研製是近十多年的事，但已取得了重要成果。例如，已經合成了多種人工酶；德國科研人員將大腸桿菌青黴素酰化酶的基因克隆到質粒PBR。上，新構建的菌株的酶活力比原株提高50倍；人工構建的萄葡糖異構酶，表現活力比原種提高5倍；國外已將人工酶用於工業生產。近年來．還有人試圖將澱粉酶或纖維素酶的基因克隆到酵母中，如果成功，就可以用澱粉或纖維素為原料，直接用酵母發酵成產酒精。 ^[1] 

人工合成酶的研究有着重要的意義。一方面，人工合成酶開拓出了一條提高生化反應速度的途徑；另一方面．通過對酶促反應的研究和人工酶的研製，能設計新的化學合成路線，生產出更便宜的生化產品。隨着人工酶研究的發展，在工廠中合成澱粉、蛋白質的理想將會變成現實。 ^[1] 

人工酶是化學合成的具有與天然酶功能相似的催化物質。它可以是蛋白質，也可以是比較簡單的大分子物質。合成人工酶的要求是很高的，它要求人們弄清楚：酶如何進行催化，關鍵是哪幾個部位在起作用，這些關鍵部位有什麼特點，另外，對人工酶還有另一層要求，那就是簡單、經濟。1977年達爾(Dhar)報道，人工合成的序列為Glu一Phe一Ala一Glu一Glu一Ala一Ser一Phe的多肽具有溶菌酶的活力，其活力為天然酶的50%。1990年斯圖爾德(Steward)等使用胰凝乳蛋白酶底物酪氨酸乙酯作為模板，用計算機模擬胰凝乳蛋白酶的活性位點，構建出一種由73個氨基酸殘基組成的多肽，其活性部位由組氨酸、天冬氨酸和絲氨酸組成。此肽對烷基酯底物的活力為天然胰凝乳蛋白酶的1%，並顯示了其底物特異性及對胰凝乳蛋白酶抑制劑的敏感性等。還有人合成了一個由34個氨基酸組成的大分子，這個大分子具有和核糖核酸酶一樣的催化作用。然而，人們仍然嫌它太複雜，希望繼續尋找更簡單、更穩定、更小的人工酶，並尋找在生產上比天然酶經濟得多的人工酶。儘管人工酶的效益尚不明顯，然而從事人工酶研究的隊伍卻日益壯大。也許，在不久的將來，人工酶在酶工程的生產領域裏將正式取得一席之地．並且地位不斷上升，甚至壓倒天然酶。

在實驗室中合成活性酶，是生物化學家和化學家們最感興趣和最具挑戰性的課題之一。20世紀80年代以來，隨着人們對酶的結構和酶的作用機制知識的迅速增加，實驗技術和方法不斷完善，在人工酶研究領域已經取得了一些突破性進展，其中最重要的是抗體酶和雜化酶的研究成功。 ^[2] 

20世紀80年代後期出現的抗體酶是抗體的高度選擇性和酶的高效催化能力巧妙結合的產物，其本質上是一類具有催化活性的免疫球蛋白，在可變區賦予了酶的屬性，所以也稱為催化性抗體。用事先設計好的抗原(半抗原)按照一般單克隆抗體的製備程序就可獲得有催化活性的抗體。抗體酶的製備方法有誘導法、引入法、拷貝法等。迄今，抗體酶催化的反應除酯、羧酸和酰胺鍵的水解反應外，還有酰胺形成、光誘導裂解和聚合、酯交換等10多種。這些抗體酶催化反應的專一性相當於甚至超過酶反應的專一性，催化速度有的可達到酶催化的水平。

大家知道，抗體與酶都是蛋白質分子，且酶與底物的結合及抗體與抗原的結合都是高度專一陛的，但這兩種結合的根本區別在於酶與高能過渡態分子相結合，而抗體則與抗原(基態分子)相結合。抗體和酶都是高分子物質，在漫長的進化過程中各自執行着不同的使命，儘管它們的結構很不相同，但卻具有兩大共性：即都是蛋白質而且都能高選擇性地與靶分子結合。抗體特異性地結合抗原並幫助巨噬細胞攝入並摧毀抗原；而酶則可高選擇性地結合化學反應過程中特定結構的物質，從而大大降低化學反應的活化能，高選擇性、高效率地催化化學反應，使之能在温和條件下得以實現。

抗體是動物為抵禦外來物質入侵而合成的一種蛋白質。抗體酶是指通過一系列化學與生物方法制備的具有催化活性的抗體。受Pauling過渡態理論和預言的啓發，Jencks於1969年提出了抗體若能與化學反應的過渡態產物結合，則這樣的抗體就必然具有催化性能的觀點。這意味着抗體一旦能與過渡態物質結合，它就具有酶在温和條件下能高效、專一地催化化學反應的性質。以此類推，抗體若能與過渡態相似物結合，則它也會與化學反應過程中的過渡態物質結合，這樣的抗體就具有催化性能。使抗體具有酶的活性，其意義之重大是不言而喻的，當然其難度之大也是可想而知的。初步看起來，有了Pauling和Jencks的理論，就能得到具有酶的催化性質的抗體——催化抗體，但要把理論上的預言變成現實，卻往往有賴於技術上的重大突破。單克隆技術的成功，使催化抗體的誕生水到渠成。1986年，Lerner和Schultz分別成功地獲得了催化抗體。 ^[2]