谷胱甘肽过氧化物酶是哺乳动物体内发现的第一个含硒酶，在酶学抗氧化机制中起着重要的作用。作为抗氧化酶系的重要成员之一，它能有效清除生物体内的自由基，防止脂质过氧化，对防治活性氧引起的疾病、动脉粥样硬化、免疫系统缺陷、辐射损伤、肺气肿和晒斑等疾病有潜在的价值。由于天然GPX的分子量大、异源表达困难、不易获得、酶水解以及半衰期短等缺点，已经限制了它的应用。科学家投入相当大的精力研究GPX的结构与功能关系，设计合成了大量的GPX模拟物，并研究这些模拟物的生物学效应。构建人工酶的关键在于酶模型能识别和结合底物，并且合适放置的催化官能团有利于和底物的活性官能团形成分子内反应。其中，小分子GPX模拟物Ebselen在日本作为抗氧化药物已经进入三期临床实验。我们基于天然GPX结构与功能的关系，利用化学和生物学的方法和原理，以β-环糊精为原料制备了一种具有GPX活力的人工酶，反应进程以TLC法监控反应进程。利用元素分析、红外光谱、13C NMR和X-ray光电子能谱等分析手段对合成的GPX人工酶进行了结构表征。人工酶的GPX活力分析表明，6A,6B-咪唑-6A’,6B’-硒桥联-β-CD的GPX活力分别为6.4 U/μmol。在pH7-9的范围内，活力维持在一个较高的平台，同天然酶相比(天然红细胞GPX最适pH为8.8)，模拟酶有更宽的pH适应范围。详细研究了6A,6B-咪唑-6A’,6B’-硒桥联-β-CD的催化动力学。它表现出米氏饱和动力学特征。反应初始速度对底物浓度的双倒数作图呈平行线，表明人工酶的催化机制为乒乓机制，并且至少包含一个中间体。反应动力学方程与天然酶类似，表明人工酶遵循天然酶的催化机制。模拟酶活力有所提高的原因在于，我们在原来环糊精模型的基础上，在硒附近引入含有碱性氨基/亚氨基，使得硒醇被二级氨基稳定并活化，硒附近的氨基氮将通过 N+H…Se_分子内氢键将硒醇活化成在动力学上更有活性的硒醇阴离子，从而增加反应的Kcat，进而增强酶活力。由于GPX极其重要的生物学意义，具有GPX活力的化合物近年来引起科学家的极大关注。模拟GPX不仅能阐明酶催化的机理，而且高GPX活力的人<WP=53>工酶极有可能成为未来预防和治疗由ROS介导的疾病的有效的药物前体化合物。我们建立了线粒体的Fe2+/Vc诱导损伤模型来研究GPX模拟物的生物学效应。测定了模拟物对线粒体膨胀度和脂质过氧化两个指标的影响。实验证明本模拟物能够有效抑制线粒体膨胀，MDA的产量降低到损伤水平的36.1%。咪唑代硒化环糊精消除了体系中过多的H2O2，从而抑制·OH自由基的生成，达到抗自由基氧化损伤的效果。本模拟物与我们组以往制备的硒化环糊精(6-SeCD，2-SeCD，6-DiSeCD)一样，仍具有分子量小、水溶性好、物化性质稳定等特点。相对6-SeCD来说，由于亚氨基的引入，稳定了反应的过渡态，一定程度上提高了GPX活力，在生物学效应方面也表现出较好的抗氧化能力。但因咪唑是直接连在环糊精的小口端，在酶反应过程中会对底物的结合造成阻遏，因而酶活力并没有显著提高。本论文在环糊精为骨架模拟谷胱甘肽过氧化物酶的基础上，除了引入天然酶的催化中心，还引入了活性部位所处微环境方面的因素。实验证明这种改变起到了一定的作用，这为以后研究更为有效的GPX模拟酶奠定了基础。