构建主客体含硒人工酶

作     者：刘洋 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：沈家骢;刘俊秋

授予年度：2010年

学科分类：08[工学] 082203[工学-发酵工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 

主      题：胍基化环糊精 芳硒化合物 主客体相互作用 人工酶 谷胱甘肽过氧化物酶 

摘      要：在自然界生物的生命活动和进化过程中,为了保证生物体内各种生化反应高效有序的进行,酶起到了极其关键的作用。正是由于酶具有的高催化效率和高度专一性的特点,自从其被发现之日起,就引起了科学家们的广泛关注。人们非常希望通过对其蛋白质本质甚至于RNA本质的研究来掌握和利用酶的这种特性进而为人类的生产和生活服务,但是天然酶有着自己的缺陷,如易失活,来源有限等缺点。正是基于人们对酶催化本质研究地不断认识深入,用人工的方法创造非天然酶-人工酶诞生了。 谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)作为一种天然含硒酶已经被广泛的研究,其高效催化过氧化物被巯基底物还原的能力使得生物体免受过氧化损伤,从而为维护生物体内的稳态起到了极其关键的作用。通过对其蛋白质结构的解析,人们发现其催化口袋中的硒代半胱氨酸的硒元素起到了催化中心的作用,而此口袋内部的氨基酸如Arg,Trp,Gln等对底物谷胱甘肽(GSH)的诱导结合及催化循环的完成起到了重要作用。通过对天然GPx蛋白的晶体结构的理解和认识,我们作出如下理解,设计GPx人工酶需要具有如下三个特点:(1)含有催化元素Se;(2)具有一个合适的疏水空腔;(3)需要有类似官能团起到天然GPx口袋内部氨基酸的那种协同作用。 超分子化学作为近年来兴起的一门热门科学,其本质与酶的过渡态具有一定的相似性,酶正是基于这种弱的相互作用来形成一个与底物相匹配结合且具有低活化能的过渡态。于是我们设计合成了两端带有金刚烷的芳硒醚分子及一端带有金刚烷的芳硒酸分子,分别与胍基化环糊精通过主客体相互作用形成复合物,以此期望通过模拟GPx的三个特点构筑具有较高催化活性的GPx人工酶。 实验结果表明:我们成功制备了芳硒醚-胍基化环糊精复合物及芳硒酸-胍基化环糊精复合物,通过其活力测定,证明复合物具有一定的GPx活力,并将其活力与相应的环糊精复合物相比,活力得到了一定程度的提高,说明通过引入胍基来模拟GPx周围氨基酸的作用对活力提高有重要影响。此外,在测活过程中发现芳硒酸及其复合物除了具有GPx活力外,还具有GSH氧化酶的活性。