抗體酶專題知識內容抗體酶概念抗體酶產生的理論基礎抗體酶的制備方法抗體酶的應用2抗體酶專題知識抗體由抗原誘導產生的，在結構上與抗原高度互補并與抗原具有特異結合功能的免疫球蛋白。抗體的最顯著的特征是多樣性和專一性3抗體酶專題知識4抗體酶專題知識5抗體酶專題知識6抗體酶專題知識酶是生物催化劑酶是一類具有催化功能的生物分子酶反應有兩個主要的特征：高催化效率、高選擇性1946年，Pauling用過渡態理論闡明酶催化的實質酶之所以具有催化活力是因為它能特異性結合并穩定化學反應的過渡態(底物激態)，從而降低反應能級。7抗體酶專題知識對任何化學反應，反應物在變為產物之前，必須獲得一定的能量，成為活化態或稱過渡態。過渡態處于最高能階上。過渡態與反應物的能階之差稱為活化能。獲得活化能的多少與反應的速度成正比。過渡態理論是解釋酶催化原理的經典理論。過渡態理論8抗體酶專題知識過渡態理論認為，酶與底物的結合經歷了一個易于形成產物的過渡態，實際上是降低了反應所需的活化能。過渡態理論9抗體酶專題知識與反應過渡狀態結合作用在酶催化的反應中，與酶的活性中心形成復合物的實際上是底物形成的過渡狀態，酶與過渡狀態的親和力要大于酶與底物或產物的親和力。10抗體酶專題知識1969年Jencks根據抗體結合抗原的高度特異性，與天然酶結合底物的高度專一性相類似的特性，在過渡態理論的基礎上首先提出設想：能與化學反應中過渡態結合的抗體，可能具有酶的活性，催化反應的進行。1986年Lerner和Schultz證實了這一設想。抗體酶設想11抗體酶專題知識抗體酶的發現Lerner和Schultz分別領導各自的研究小組首次觀察到了抗體具有選擇性的催化活性。1986年美國Lerner和Schultz兩個實驗室同時在Science上發表論文，報道他們成功地得到了具有催化活性的抗體。并將這類具催化能力的免疫球蛋白稱為催化抗體，即抗體酶。12抗體酶專題知識1986年Schultz以對硝基苯酚磷酸膽堿酯（PNPPC）作為相應的羧酸二酯的過渡態類似物。誘導產生的抗體酶使水解反應速度加快12000倍。13抗體酶專題知識抗體酶抗體酶（Abzyme）或催化抗體（Catalyticantibody)一種具有催化功能的抗體分子，在其可變區賦予了酶的屬性。它是利用現代生物學與化學的理論與技術交叉研究的成果，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。14抗體酶專題知識抗體酶具有典型的酶反應特性與配體(底物)結合的專一性，包括立體專一性，抗體酶催化反應的專一性可以達到甚至超過天然酶的專一性；具有高效催化性，一般抗體酶催化反應速度比非催化反應快102～106倍，有的反應速度已接近于天然酶促反應速度；抗體酶還具有與天然酶相近的米氏方程動力學及pH依賴性等。15抗體酶專題知識過渡態理論與抗體酶如果使抗原最大限度地接近某一特定反應的過渡態，就可能使誘導的抗體在與之結合時發揮催化作用。實際所采用的過渡態抗原知識推測而設計的過渡態類似物。用過渡態類似物誘導的抗體所催化的反應并非該類似物本身，而是與其相似的另一種反應。16抗體酶專題知識抗體酶的特性1、能催化一些天然酶不能催化的反應有許多化學反應還沒有已知酶催化進行抗體的多樣性決定了抗體酶催化反應類型多樣性抗體酶可以根據需要人工裁制一種對酶促反應過渡態特異的抗體結合了酶與抗體的優點，既可以起酶促催化作用，又可以起抗體的選擇性和專一性結合抗原的作用。17抗體酶專題知識抗體酶的催化反應類型1、轉酰基反應2、水解反應3、Claisen重排反應4、酰胺合成反應5Diels-Alder反應6、轉酯反應7、光誘導反應8、氧化還原反應9、脫羧反應10、順反異構化反應18抗體酶專題知識抗體酶的特性2、有更強的專一性和穩定性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抗體酶催化反應的介質效應酯解反應中介質效應：抗體酶在有機溶劑中具穩定性。脫羧反應中介質效應：有機溶劑引起脫羧反應速率增加。酰基轉移反應中介質效應：在疏水溶劑中，活性較高。19抗體酶專題知識抗體酶的制備將抗體轉變為酶可通過誘導法、拷貝法、引入法、化學修飾法等途徑。誘導法是利用反應過渡態類似物為半抗原制作單克隆抗體，篩選出具高催化活性的單抗即抗體酶。拷貝法主要根據抗體生成過程中抗原-抗體互補性來設計的。引入法則借助基因工程和蛋白質工程將催化基因引入到特異抗體的抗原結合位點上，使其獲得催化功能。化學修飾法對抗體進行化學修飾，使抗體與催化基團相連。20抗體酶專題知識誘導法設計半抗原選擇合適的反應過渡態類似物作為化學模型物用設計好的半抗原，與載體蛋白（如牛血清白蛋白）偶聯制成抗原；將此抗原進行免疫，使宿主針對抗原產生抗體。產生抗體的脾臟細胞與骨髓瘤細胞相融合，得到的雜交瘤細胞既能產生抗體又能在體外培養；將雜交瘤細胞克隆化，即能產生單一均勻的抗體。21抗體酶專題知識利用過渡態類似物制備抗體酶示意圖22抗體酶專題知識誘導法動物免疫技術和雜交瘤技術有機結合而產生的一種新方法。利用這種方法所得到的抗體酶催化效果的好壞很大程度上取決于化學模型物的設計。反應過渡態類似物，即半抗原的設計。23抗體酶專題知識用一個帶有電荷的半抗原作為免疫原，在免疫進化過程中誘異抗體結合部位的一個氨基酸殘基帶有互補的電荷，使其具有酸、堿或親核催化的能力。Janda等根據此原理，以帶電的半抗原1為誘導，得到7個能催化和半抗原1結構類似的底物3水解的單克隆，而結構相同但不帶電的半抗原2(作為比較)卻未得到有催化活性的單克隆。25抗體酶專題知識拷貝法用酶作為抗原免疫動物得到抗酶的抗體，再將此抗體免疫動物并進行單克隆化，獲得單克隆的抗抗體。對抗抗體進行篩選，獲得具有原來酶活性的抗體酶。26抗體酶專題知識獨特型每個免疫球蛋白分子所特有的抗原特異性標志獨特型是單克隆的，其抗原決定簇位于V區同一個體中不同B細胞克隆所產生的Ig可變區所具有的抗原特異性標志，由Ig超變區特有的氨基酸序列和構型所決定。獨特型可由多個抗原決定簇組成，這些決定簇稱為獨特位。27抗體酶專題知識28抗體酶專題知識抗獨特型抗體Ab2α抗Ab1V區骨架部分，具有封閉相應BCR或Ig分子的抗原結合點，抑制相應B細胞克隆的活化Ab2β抗Ab1V區CDR部分，具有類似相應抗原的分子構象，可模擬抗原與相應B細胞克隆受體結合并使之激活，故稱為抗原的內影像29抗體酶專題知識30抗體酶專題知識抗獨特型抗體酶根據Jeme提出的免疫網絡學說，抗獨特型抗體中的Ab2β能識別并結合Ab1上與抗原表位結合的補位，其具有抗原內影像作用，可在空間結構上模擬抗原并可能具有抗原的一些性質。根據這一理論，可以酶作為免疫原誘導機體產生抗體，再利用該抗體繼續免疫，誘導產生的抗獨特型抗體即可能具有催化活性。利用該方法的優點是可直接利用酶誘導機體產生抗體，進而產生與酶具有相同活性部位的抗獨特型抗體;如果對酶的結構預先進行修飾，還有望誘導產生底物特異性與酶不同的催化性抗體。31抗體酶專題知識引入法用基因工程方法改造和制備全新的抗體酶是一種很有前途和發展潛力的抗體酶制備方法。將催化基因引入到特異抗體的抗原結合位點上，也可以針對性地改變抗體結合區的某些氨基酸序列，以獲得高效的抗體酶。對于已產生的單抗，分析抗體結合部位的氨基酸順序或對應的堿基順序。然后通過對抗體酶結合部位氨基酸對應的基因序列進行定點突變，希望能在抗體結合部位換上有催化作用的氨基酸。進而改變抗體酶的催化效率。32抗體酶專題知識隨著噬菌體抗體庫技術的完善，可根據需要構建適當序列的基因片斷，繞過免疫學方法，構建全新的抗體酶。噬菌體展示技術將組建億萬種不同特異性抗體可變區基因庫和抗體在大腸桿菌中功能性表達，與高效快速的篩選手段結合起來，徹底改變了抗體酶生產的傳統途徑。用工程抗體催化法生產抗體酶，不需要進行細胞融合以獲得雜交瘤細胞，并且可篩選具有特定功能的未知結構，具有生產簡單、價格低、抗體的免疫原性較低的優點，并易獲得稀有的抗體。33抗體酶專題知識Fab片斷由輕鏈和重鏈的VH及CH1部分組成，作為一種催化劑，抗體酶有這樣的片斷就行，無須完整的抗體分子。從人或動物的抗原中抽取基因，然后用PCR技術重新鑄造輕鏈和重鏈，這樣就可以把這些基因組合成100萬個含有成對輕鏈和重鏈的基因庫。這些基因庫是存儲在細菌病毒里，通過隨機地將基因和輕重鏈結合的方法，就可大量制造Fab片斷了。這就可在細菌培養中繁殖數百萬計不同抗體。34抗體酶專題知識抗體酶和酶一樣也可以用化學修飾法加以改造。對抗體酶進行結構修飾的關鍵是找到一種溫和的方法在抗體結合位置或附近引入具有催化功能的基因。游離巰基就是適合的基團之一，它具有高親核性，易于氧化，能通過二硫化物進行交換反應或親電反應而選擇性修飾的特點。化學修飾法35抗體酶專題知識抗體酶的應用前景1、抗體酶在幫助戒毒方面的應用Landry等用可卡因水解的過渡態類似物-磷酸單酯為半抗原，產生的單克隆抗體能催化可卡因的分解，其催化活性和血液中催化可卡因的丁酰膽堿酯酶差不多，水解后的可卡因片斷失去可卡因刺激功能。因此，用人工抗體酶的被動免疫也許能阻斷可卡因上癮，達到戒毒目的。36抗體酶專題知識37抗體酶專題知識抗體酶用于腫瘤治療目前正在發展一種稱為抗體介導前藥治療（ADEPT）技術，即將能水解前藥釋放出腫瘤細胞毒劑的酶和腫瘤專一性抗體相偶聯，這樣酶就會通過和腫瘤結合的抗體而存在于細胞的表面。前藥(prodrug)是指由具有生物活性的藥物經化學修飾后轉變為體外無活性的化合物。這種化合物在體內經酶或非酶作用，脫去保護基，釋放出母體藥物而發揮治療作用。38抗體酶專題知識靜脈給藥后，當藥物擴散至腫瘤細胞的表面或附近，抗體酶