利用环糊精构筑酶模型研究的新进展_袁德其

有机化学YoujxHuAxuE,1032,22,126一135旅迷与进展利用环糊精构筑酶模型研究的新进展衰德其、谢如刚.、赵华明(四川大学化学系,四川,成都,61064)摘典:本文综述了近年来在利用环糊精构筑仿酶模型研究方面的进展。关.润:环糊精,酶模型,催化作用ReeentDeveloPmentinBuildingEnzymeModelobyUseofCyelo一d6xtrinsYUANDe一Qi,XIERu一Gang*,ZHAOHua一Ming(Deport椒`种才oIC人e川istry.Sie儿“。”U”ivesrity,`100`4C五e陀gd“,Siehua”)Abstraet:Thisreviewdeals勿iththeProgressinbuildinge们zymemimiesbyusingeye1o-dextrinsinthePastfewyears.Keywords:eyelodextrins,enzymemodels,eatalysis酶促反应高效且.专一,开发具有与酶功能相似的人工酶已成为化学领域研究的主要课题之一。模拟酶的研究就是从酶中拣选出那些起主导作用的因素来设计井合成一些能表现出生物功能的比天然酶简单得多的非蛋白质分子,以它们为模型来模拟酶对底物的结合及催化过程,进一步找出控制生化过程的重要因素,追索酶的高效率及高选择性的根源,发展新的非生物催化剂一人工酶,以实现具有酶功能的有机合成。一个较理想的酶模型至少应具有底物结合部位及催化部位。可以作为脱辅基酶蛋白代用品的宿主分子虽有若干种,但迄今被广泛采用且较为优越的是环糊精。环糊精(CD幻是由多个D一葡萄糖以a(1,4)糖普键结合而成的一类环状低聚糖(图l)t`,2]。第一面歌n一悬一已一皿第二面”=6:a一CD,咋=7:卜CD,件二8:丫一CD,…图1环栩精的结构及裹示法Fig1.StrueturesandrePresentationsofeyelodextrins它们均是略呈锥形的圆筒,其伯经基和仲羚基分别位于圆筒的较小和较大开口端,这样,CDs分子外侧是亲水性的,其内侧由C一3、C一5上的氢原子组成,具有很强的疏水性,能包结多种客体分子,很类似于酶对底物的识别[`一`’。因此,CD:被广泛用来构筑酶模型模拟酶的催化作用[5一’】。虽然这1990年12月17「1收稿,1992年3月3日修回。国家自然科学基金、高等学校博士学科点专项科研基金资助课题.第2期刊川环糊精构筑酶模型研究的新进展12李方面的研究时间不长,发展却颇迅速,i「对多种酶的甘化作用进行了摸拟,取得了许多位得重视的结果。本文拟阐述近年来这一领域l{J主要进展。一、水解醉的摸拟a一胰凝乳蛋白酶是一种蛋白质水解酶。它具有疏水性的环状结合部位,能有效包结芳环。催化部位中含有57号组氨酸咪哇荃、102号天冬氨酸狡聋:及195号丝氨酸羚基,三者共同组成所谓“电荷中继系统”在催化底物水解时起着关键性作用(图2)“’。目产黔认,,、、认,丫、令“嘿笋气夕弩.-a鳅、碳尸“吩尸丫`ESco用p抽碑柑。八即.助即m.飞H,,1L<`,.、义一卿令,V.T一咭l一卜一dr一JI布It一rm一01一I-1L,s`移、侧ō认甲斧一粉O洲抽一H_仁丫.凡尹N、”护胜脚刘口.n介用一Vf.勃介m卜produde0I,口阳.圈Za一胰凝乳蛋白醉催化耽胶水解的作用机理Fig2.Meehanismfora一ehymotrypsinhydrolysisofamide自发现卜CD能促进对氯扁桃酸醋水解后.人们妇CDs及修饰环糊精的催化作用进行了大量研究,发现它们均能催化带疏水华的狡酸醋、酞胺等的水解,具有酶的饱和动力学特征,_以表现出良好的底物选择性及立体选择性[`,’〕。这种选择性源于CDs对底物的疏水性包结,尤其是T过渡态的包结作用及几何构型〔’“1。与酶促反应相似,该反应分酞丛转移及脱酞基两步进行.为`,三丫二.,、翌了一遇到~犯习,cR-OQ·恻图3cDs存在下菌的水解Fig3.EsterhydrolysisinthePreseneeofCDsCDs包结底物后,令吓近效应使底物敞早易向CD仲释华转移形成酞化环糊精中间体,但后者脱欣基太慢。因此,CDs不是好的催化剂。128有机化学1092年将CDs功能化可提供更多的催化部位,使其催化活性得到较大改善。组氨酸咪哇基在酶中起着重要作用,可以预料,将咪哩与CDs相连结会获得更理想的酶模型。首先,Carmer等【’`’合成了平均每个CD上带两个咪哇基的模型1,但其活性改变甚微。Iwakura等【`“,的有争议的模兮今嗽)。减由ZY=see一a一CD,X=NH,凡3Y=prim书一CD,X二S,儿=4Y=prim一Y一CD,SY=Pr加一日一D,X二S,九二喇画一`亩7Y=s