人工酶是指人工合成的具有酶活性位点的有机化合物,能够模拟天然酶的催化活性。这些合成分子通过模拟酶的活性位点,以高度的专一性和催化效率对化学反应进行催化。人工酶的研究领域中的开拓者是化学家Ronald Breslow。

简介

生物体内的天然酶都是由几百个氨基酸分子组成的蛋白质。酶所以有那么强的催化作用,跟它特有的结构有关。酶有一个活化中心,即它的催化基团。在化学反应中,催化基团处在两个底物小分子中间,把两个小分子紧紧地拉在周围,使它们结合起来。这就好比一个大人的两只手拉住两个小孩使他们亲近。酶的这种作用能大大加速生物化学反应。

自然界里的酶往往难以提纯,生产成本又高,于是寻求人工合成酶就成为热门的研究课题。人工酶的设计通常是在宿主分子,如环糊精冠醚杯芳烃等环状分子的基础上进行,这些宿主分子能够结合底物的基团和进行催化的功能性基团,从而模拟酶的活性位点

研制人工酶还处在开始阶段,经过几年的努力已经取得重大的进展。目前研制的人工酶,它的催化速度已接近天然酶,也就是说能使化学反应的速度提高一亿倍以上(天然酶通常是100亿~10000亿倍)。只要设计得当,人工酶的催化速度还可以提高。这就足以说明,在酶工程研究领域,人工酶是大有可为的。然而,尽管已有许多催化不同反应的人工酶被报道,其催化效率依然远低于天然的酶,通常可以提高反应速率至10^3倍,而天然酶可以提高至10^6倍。

纳米酶是具有酶类催化活性的功能纳米材料,作为新兴的人工模拟酶,纳米酶已被广泛探索用于各种应用,如生物传感、生物成像、肿瘤诊断和治疗、抗生物污垢等。这表明人工酶不仅在催化效率上有潜力,而且在应用范围上也具有广阔的前景。

在细菌内存在的一类能识别并水解外源DNA限制性内切酶,它具有极好的专一性,能识别DNA上的特定位点,将DNA的两条链都切断,形成粘性末端或平末端。DNA经限制酶切割后产生的具有碱基互补单链的末端称为粘性末端。限制酶的生物学功能在于降解外面侵入的DNA而不降解自身细胞中的DNA,因自身DNA的酶切位点经修饰酶的甲基化修饰而受到保护。限制酶较为稳定,常用的约100多种并已转化为商品。限制酶在分析染色体结构、制作DNA的限制酶图谱、测定较长DNA序列以及基因的分离、基因的体外重组等研究中是不可缺少的重要工具酶。

参考资料