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谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)组成了机体清除活性氧的重要酶学防线,能有效保护细胞免遭氧化损伤,也因此具有广阔的药用前景。但天然酶的生物医学应用常被很多因素所限制。如SOD 在一定情况下会产生细胞毒性,只有与其他过氧化物清除酶,如GPX的水平达到一定的平衡时才能真正起到抗氧化作用。而GPX 的催化基团是被称为第21 种氨基酸的硒代半胱氨酸(Sec),很难利用传统的基因工程方法表达。因此,对抗氧化酶的模拟不仅对阐明酶的催化机理以及相互间的协同作用有重要意义,而且还具有重大的药用价值。自然界中多数蛋白质的新功能都是通过对已有的蛋白骨架进行重新设计进化而来。基于这一进化规律,我们从已有的酶模型出发,通过重新设计并采用能有效表达硒蛋白的缺陷型原核表达系统,构建了催化位点结构明确的高效的GPX 酶模型。利用基因融合技术,我们又进一步构筑了兼具GPX 和SOD 活力并可协同作用的双功能抗氧化酶模型。根据我们从亚细胞水平上对模拟酶的生物学效应进行的研究表明它们是强有力的抗氧化剂。1. 硒代谷胱甘肽硫转移酶模拟GPX 为了获得结构明确,催化位点单一的高效GPX 模拟物,我们利用定点突变和硒蛋白的缺陷型原核表达系统将Lucilia cuprina GST 活性部位的Ser 转变为Sec,得到具有高GPX 活力的含硒酶(seleno-LuGST1-1)。含硒GST 的GPX 活力可与天然酶相媲美。它是第一例用基因工程手段得到的具有高GPX 活力的含硒人工酶。与天然LuGST 相比,含硒GST 对有机氢过氧化物如t-BuOOH 和CuOOH 的催化还原活力大大提高。我们认为高GPX 活力来源于它与GPX 活性部位结构的相似性。实验证明,它的催化机制与天然酶类似,推论这是由于酶活性位点硒原子的氧化还原态相互转化的特殊性质,使seleno-LuGST1-1 催化机制由不依赖硒的顺序机制转换为依赖硒的乒乓机制。成功地转化GST 为GPX 使我们不仅能更好地理解酶的催化机理,而且为GPX 与GST 在进化上具有共同的祖先这一假说提供了证据,同时又一次证明了新酶活力进化的主导因素并不是结合专一性