04酶分子的化学修饰
《酶分子的修饰》课件
酶的甲基化修饰
甲基化修饰是指将甲基基团加到酶分子上的过程，通常由甲基转移酶催化。甲基 化修饰可以改变酶的活性、稳定性、定位和与其他分子的相互作用。
甲基化修饰常见于DNA、RNA和蛋白质中。在蛋白质甲基化过程中，甲基转移 酶将甲基基团加到蛋白质特定氨基酸残基上，影响蛋白质功能和稳定性。
酶分子修饰与疾病发生发展
酶分子修饰与多种疾病的发生 和发展密切相关，如肿瘤、神 经退行性疾病、心血管疾病等
。
酶分子修饰可以影响细胞代 谢、细胞周期、细胞凋亡等 生物学过程，从而影响疾病
的发展进程。
深入了解酶分子修饰在疾病发 生发展中的作用，有助于发现 新的治疗靶点，为疾病治疗提
供新的策略和方法。
酶分子修饰与药物研发
酶分子修饰是药物研发的重要靶点之一，通过调节酶的活性可以设计出具有特定治 疗作用的药物。
酶分子修饰在药物研发中具有广阔的应用前景，如开发新药、优化现有药物的治疗 效果等。
药物研发过程中需要深入研究酶分子修饰的机制和作用，以确保药物的安全性和有 效性。
04 酶分子修饰的研究方法
蛋白质组学技术
蛋白质谱分析
肿瘤治疗
利用酶分子修饰技术，可 以设计出针对肿瘤细胞特 异性的治疗策略，实现肿 瘤的精准治疗。
免疫调节
酶分子修饰可以用于调节 免疫细胞的活性，为免疫 相关疾病的治疗提供新的 思路。
酶分子修饰在农业生产中的应用
抗虫抗病
通过酶分子修饰技术，可以培育 出具有抗虫抗病性能的农作物新 品种，提高农作物的产量和品质 。
《酶分子的修饰》 PPT课件
酶分子的化学修饰
酶分子的化学修饰，就是在分子水平上对 酶分子的化学修饰 酶进行改造，以达到改构和改性的目的。 即：在体外将酶分子通过人工的方法与一 些化学基团(物质)，特别是具有生物相容 性的物质，进行共价连接，从而改变酶的 结构和性质。这种物质被称为修饰试剂 修饰试剂。 修饰试剂 化学修饰酶主要用于基础酶学的研究和疾 病治疗。医疗用酶要求酶的稳定性高、纯 度高、无免疫原性。
•脂质体包裹 脂质体包裹
酶脂质体包埋属于固定化修饰之一。许多医 药酶，如SOD、溶菌酶等，由于分子量大，不 易进入细胞内，而且在体内半衰期短，产生 免疫原性反应。这些是酶在临床上必须解决 的问题。为此，可通过酶的表面化学修饰来 解决。例如：SOD用聚乙二醇(PEG)修饰后， 其在体内的稳定件及免疫原性都大大改善。 至于如何进入细胞内，用脂质体包裹是个有 效的方法。
（2）酶蛋白主链的修饰
至今，酶蛋白主链修饰主要是靠 酶法。例如：用蛋白酶对ATP酶有 限水解，切除其十几个残基后，酶 活力提高了5.5倍。该活化酶仍为 四聚体，亚单位分子量变化不大。 这说明天然酶并非总是处于最佳的 催化构象状态。
（3）催化活性基团的修饰
通过选择性修饰氨基酸侧链成分来实现氨基酸的 取代，这种将一种氨基酸侧链转化为另一种新的 氨基酸侧链的方法叫化学突变法 化学突变法。例如：Berder 化学突变法 等人，将枯草杆菌蛋白酶活性部位的Ser残基转 化为Cys残基，新产生的巯基蛋白酶对肽或酯没 有水解能力，但能水解硝基苯酯等高度活化的底 物。这种方法由于受到专一试剂、有机化学工业 水平的限制，没有蛋白质工程技术普遍，但它通 过产生非蛋白质氨基酸的能力，可以有力地补充 蛋白质工程技术。
②大分子共价修饰
用可溶性大分子，如聚乙二醇、右旋糖苷、肝素 等，通过共价键连接于酶分子的表面、形成一层 覆盖层。这种可溶性酶有许多有用的性质：如用 聚乙二醇修饰超氧物歧化酶(S0D)，不仅可以降 低或消除酶的抗原性，而且提高了抗蛋白酶的能 力，延长了酶在体内的半衰期，从而提高了酶药 效。日本学者将聚乙二醇连到脂肪酶、胰凝乳蛋 白酶上所得产物溶于有机溶剂，仍能有效地起作 用。嗜热菌蛋白酶通常在水介质中催化肽链裂解， 但用聚乙二醇共价修饰后，可在有机溶剂中催化 肽键合成，已用于合成甜味剂。
酶分子的化学修饰
作用： （1）提高酶活力 （2）增加酶的稳定性 （3）降低抗原抗体反应
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
根据修饰分子的大小和对酶分子的作用方式，可分为 大分子的非共价修饰和大分子的共价修饰两类。
（1）大分子的非共价修饰 使用一些能与酶非共价地相互作用而又能有效地保护
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二、酶化学修饰的基本要求：
决定化学修饰成败的关键是修饰的专一性， 尽量少破坏必需基团，得到高的酶活力回 收。为此，有时需要通过反复试验来确定。
选择修饰剂 选择酶反应条件 反应的专一性
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三、酶分子化学修饰的主要方法
（一）酶分子的主链修饰 （二）酶分子的侧链基团修饰 （三）酶分子的化学交联修饰 （四）酶分子的大分子结合修饰 （五）酶分子的亲和标记修饰 （六）酶分子的基因修饰 （七）与辅助因子相关的修饰
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侧链基团修饰的主要作用
1.探测酶和蛋白质的必须氨基酸残基的性 质和数目。
2.用于酶蛋白的纯度的分析与鉴定
3.探索酶蛋白作用的化学机理
4.用于酶蛋白分子的固定化
（三）酶分子的化学交联修饰 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
概念：既可以酶分子内部亚基之间，也可 以在分子与分子之间。
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（二）酶分子的侧链基团修饰
概念：采用人工方法使酶蛋白的氨基酸残基的侧 链基团与修饰剂发生化学反应，从而改变酶分子 的性质和功能的修饰方法称为侧链修饰基团。
选择性修饰试剂必须要与多肽链中某—种特定的 氨基酸残基侧链基团发生化学反应，并形成紧密 共价结合。酶分子中经常被修饰的氨基酸残基侧 链基团有：巯基、氨基、羧基、咪唑基、羟基、 酚基、胍基、吲哚基、硫醚基及二硫键等。
04化学酶工程
一、模拟酶的概念、基础与设计要点
所谓模拟酶就是利用有机化学的方法合成一 些比酶简单的非蛋白质分子，可以模拟酶 对底物的络合和催化过程，既可达到酶催 化的高效性，又可以克服酶的不稳定性。
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模拟酶是在分子水平上模拟酶活性部位的形状、大 小及其微环境等结构特征、酶作用的机理和立体 化学等特征的一门科学。 分子水平上模拟生物功能的一门边缘科学。
第4章 化学酶工程
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 酶分子的化学修饰 模拟酶 抗体酶 印迹酶 核酶
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第一节 酶分子的化学修饰
一.概述 二.酶化学修饰的原理、方法及修饰剂
2
酶分子的修饰：通过各种方法使酶分子结构发生某 些变化，从而改变酶的某些特性和功能的技术过 程。（含化学修饰、生物工程） 酶分子的化学修饰：应用化学方法，通过主链的 “切割”、“剪接”或侧链基团的“化学修饰” 对酶蛋白进行分子改造，改变其理化性质及活性 的技术。
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（3）巯基的化学修饰
来 源：Cys（半胱氨酸） 修饰反应: 烷基化、酰基化、氧化还原。 修饰剂：
碘乙酸 碘乙酰胺
N-乙基马来酰亚胺
5,5-二硫 -2- 硝基苯甲酸
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反应式
巯基与碘乙酸反应
巯基与碘乙酰胺反应
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巯基的N-乙基马来酰亚胺修饰
巯基的5,5-二硫 -2- 硝基苯甲酸修饰
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O Ⅱ
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三、抗体酶的催化反应类型
1、转酰基反应
2、水解反应
3、Claise 6、转酯反应 7、光诱导反应 8、氧化还原反应 9、脱羧反应 10、顺反异构化反应
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四、抗体酶的制备方法
1、细胞融合法（诱导法）：
2、抗体结合位点化学修饰法
酶分子的化学修饰
2、定点突变和化学修饰结合技术
利用定点突变法来改变酶的底物专一性，开发出 了新型的酶制剂。将定点突变所得酶进行化学修饰， 得到一些新颖的酶制剂。利用定点突变技术在酶的关 键活性位点引入一个氨基酸残基，然后利用化学修饰 法对突变的氨基酸残基进行修饰，引入一个小分子化 合物，得到一种化学修饰突变酶。
枯草杆菌蛋白酶化学修饰突变过程
1、交联技术
酶的人工交联可在一条多肽链内形成，是一种作 用于分子间或分子内部的交联方式，能提高酶的稳定 性，防止酶在不良环境中失活。 Fernandez 等提出了一种新颖的分子内交联方式。 实验表明这种方式在酶主要的氨基基团上，戊二醛 （GLU）对其进行了交联修饰（修饰度45% ~ 55%）， 然后把修饰酶在pH 9 和20C 的条件下老化30 min。在 这段时间内酶的活性虽然有所损失，但是稳定性提高 了3 倍。
实验结果分析： 反应pH对PA-PPL活性的影响—— 修饰酶PA-PPL的水解活性明显高于原酶PPL， 且PPL在修饰前后，最适pH范围未发生明显变 化，均为7.0-8.0。
实验结果分析： 反应温度对PA-PPL活性的影响——
在试验温度范围内，修饰酶PA-PPL的水解活性明显高 于原酶PPL，但二者的最适反应温度相同，都为 40℃ ．
刘宏芳,侯瑶,赵新淮;大豆蛋白限制性酶解修饰与产品的溶解性和保 水性变化[J];东北农业大学学报;2009-01,40(1):97-103. 田国贺,郭佳宓,吕团伟等；聚乙二醇对菠萝蛋白酶的化学修饰[J]； 生物技术；2006-02,16(1):35-38.
二、原理、修饰剂及反应
1、化学修饰原理
1）增强酶天然构象的稳定性与耐热性
修饰剂分子存在多个反应基团，可与酶 形成多点交联。使酶的天然构象产生 “刚性”结构。
第四章：酶分子修饰
（6）分子结合修饰
定义 分子结合修饰：采用水溶性分子，与酶蛋白的侧 分子结合修饰：采用水溶性分子，与酶蛋白的侧 链基团共价结合，使酶分子的空间构象发生改变， 从而改变酶的特性与功能的方法。 大分子结合修饰：对酶蛋白侧链基团的修饰反应 大分子结合修饰：对酶蛋白侧链基团的修饰反应 不仅可以使用小分子物质，也可使用大分子物质。 其中利用水溶性大分子与酶分子的侧链基团共价 结合，使酶分子的空间结构发生某些精细的改变， 从而改变酶的特性与功能的方法称为大分子结合 修饰法。
(1)肽链的水解引起酶活性中心的破坏，酶将丧失其 肽链的水解引起酶活性中心的破坏， 催化功能。 催化功能。 (2)肽链的一部分被水解后，仍然可以维持酶活性中 肽链的一部分被水解后， 心的空间构象， 心的空间构象，则酶的催化功能仍可以保持不变或 损失不多，但是其抗原性等特性将发生改变。 损失不多，但是其抗原性等特性将发生改变。这将 提高某些酶特别是药用酶的使用价值。 提高某些酶特别是药用酶的使用价值。 (3)肽链的一部分水解除去以后，有利于酶活性中心 肽链的一部分水解除去以后， 与底物的结合并且形成准确的催化部位， 与底物的结合并且形成准确的催化部位，则酶可显 示出其催化功能或使酶活性提高。 示出其催化功能或使酶活性提高。
+
O2N OOC S S NO2 COO
ENZ
SH
pH﹥ 6.8
DTNB
NO2 COO
ENZ
S S
+
S
NO2
+
COO
H+
（5）分子内交联修饰
定义：利用含有双功能基团的化合物， 与酶分子中两个侧链基团反应，形成共 价交联，可使酶分子的空间构象更为稳 定，提高酶的稳定性。 修饰剂：二氨基丁烷，戊二醛，己二胺 用途：在蛋白和酶的结构与功能的基础 研究，酶的催化机制等酶学研究方面有 重要作用。
酶的化学修饰名词解释是什么
酶的化学修饰名词解释是什么酶是生物体内一类催化剂。
它们是由蛋白质组成的，能够加速生物化学反应的速度，但反应本身不会被改变。
酶的活性与其分子结构密切相关，而化学修饰则是指通过改变酶的分子结构来调节其活性或功能的方法。
在这篇文章中，我们将探讨酶的化学修饰的概念、方法和应用。
一、酶的化学修饰是什么？酶的化学修饰是指通过引入化学基团或小分子到酶的分子结构上，从而改变酶的活性、稳定性或选择性的过程。
化学修饰可以发生在酶的氨基酸残基上，如蛋白质N-或C-端基团，也可以直接作用于酶的辅助因子上。
这些修饰可以是酶天然产生的，也可以是人工合成的，用于改善特定酶的性质或开发新的催化功能。
二、常见的化学修饰方法1. 脱氨基修饰：通过酶的氨基酸残基上的脱氨酶催化作用，去除酶中的氨基基团（如酰胺基、酮基等），从而改变酶的电荷分布和立体结构，进而调节酶的催化活性。
例如，氨基酸的去乙酰化可以通过脱乙酰化酶来实现。
2. 硫醇修饰：利用巯基（-SH）在酶分子中的反应活性，可通过脱氧剂（如巯基还原酶）的作用，降低或增加酶中硫醇含量，从而改变酶的三维结构和活性。
硫醇修饰还可以通过反应性硫醇试剂与酶中的巯基反应，如巯基化合物或含硫醇的小分子，来调节酶的性质。
3. 糖基化修饰：通过酶的氨基酸残基与糖分子发生酯键或糖苷键的形成，将糖基连接到酶分子上，从而改变酶的电荷分布和溶解度，以及与其他分子的相互作用。
糖基化修饰常见于糖基转移酶催化的反应过程中，如糖基转移酶可将糖基转移至酶分子的特定氨基酸残基上。
4. 磷酸化修饰：磷酸添加到酶的氨基酸残基上，通过调节酶的电荷分布和构象来改变酶的活性和功能。
磷酸化修饰对于调控细胞信号传导和调控酶的催化活性具有重要作用。
它可以通过激酶催化磷酸化反应，或者通过磷酸酯酶催化去磷酸化反应，来实现。
三、酶的化学修饰的应用1. 工业应用：通过化学修饰可以改善酶的催化效率、稳定性和选择性，从而提高酶在工业上的应用价值。
名词解释酶的化学修饰
名词解释酶的化学修饰酶的化学修饰是指酶在细胞内经过一系列化学反应，导致其分子结构发生变化，从而改变其生物学活性的过程。
这种修饰过程可以发生在酶的分子内部或表面，并且可以引起酶的活性增加、降低或改变。
以下是对酶的化学修饰的几种主要类型的解释：1.磷酸化磷酸化是一种常见的酶修饰方式，是通过将磷酸基团添加到酶的分子上而实现的。
磷酸化可以影响酶的活性、调节酶的底物特异性、改变酶的分子大小和电荷分布等。
例如，在糖原磷酸化酶的修饰中，磷酸化可以使其活性增加，促进糖原分解为葡萄糖的过程。
2.乙酰化乙酰化修饰是在酶的分子上添加乙酰基团的过程。
这种修饰通常影响酶的活性中心，改变酶对底物的亲和力和催化效率。
例如，在乙酰化转移酶的修饰中，乙酰化可以增加酶对乙酰基团的转移能力，从而促进脂肪酸的合成。
3.甲基化甲基化修饰是在酶的分子上添加甲基基团的过程。
甲基化可以影响酶的活性、调节酶的底物特异性和稳定性。
例如，在组蛋白甲基转移酶的修饰中，甲基化可以影响染色体的结构和基因表达水平。
4.糖基化糖基化是在酶的分子上添加糖链的过程。
糖基化可以改变酶的分子大小、调节酶的溶解性和稳定性、保护酶免受细胞外酶的降解等。
例如，在免疫球蛋白糖基转移酶的修饰中，糖基化可以调节抗体的抗原特异性，影响免疫应答的效果。
5.硫化硫化修饰是在酶的分子上添加硫原子或硫基团的过程。
硫化修饰通常发生在某些金属蛋白酶中，可以影响酶的活性中心和底物特异性。
例如，在胱氨酸蛋白酶的修饰中，硫化可以使其对底物的催化效率提高数百倍。
6.肽化肽化修饰是通过将肽键添加到酶的分子上而实现的。
肽化可以改变酶的分子大小、调节酶的底物特异性和溶解性等。
例如，在胰岛素原的修饰中，肽化可以使其转化为有活性的胰岛素，从而调节血糖水平。
7.氧化还原氧化还原修饰是通过改变酶分子上的氧化态或还原态的硫基团、氮基团或碳基团来实现的。
这种修饰可以影响酶的活性、调节底物特异性、改变酶对氧化剂或还原剂的敏感性。
酶分子的修饰
• 每分子胰凝乳蛋白酶与11分子右旋糖酐结合，酶活力 达到原有酶活力的5.1倍
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• 聚乙二醇是线性分子具有良好的生物相容性和水 溶性，在体内无毒性、无残留、无免疫原性，并 可消除酶的抗原性，使其末端活化后可以与酶产 生交联，因而，它被广泛用于酶的修饰。
• 另一类添加物就是蛋白质。蛋白质分子之间相互作用 时，其表面区域内排除了水分子，因而增加了相互作 用力，其稳定性也就增加了。
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共价修饰
• 用可溶性大分子，如聚乙二醇、右旋糖苷、肝素等， 通过共价键连接于酶分子的表面，形成一层覆盖层。
• 例如：用聚乙二醇修饰超氧物歧化酶 ，不仅可以降 低或消除酶的抗原性，而且提高了抗蛋白酶的能力， 延长了酶在体内的半衰期从而提高了酶药效。
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金属离子置换修饰的过程
a. 酶的分离纯化：首先将欲进行修饰的酶经分离纯化，除 去杂质，获得具有一定纯度的酶液。
b. 除去原有的金属离子：在纯化的酶液中加入一定量金属 螯合剂，如乙二胺四乙酸（EDTA）等，使酶分子中的金 属离子与EDTA等形成螯合物。通过透析、超滤、分子筛 层析等方法，将EDTA-金属螯合物从酶液中除去。此时酶 往往成为无活性状态。
Fe—SOD中的Fe被Mn取代后，酶的稳定性和抑 制作用发生显著改变：Mn-SOD对H2O2稳定性显 著增加．而对NaN3的抑制作用显著降低。
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第二节 酶侧链基团的修饰
酶化学修饰的目的，主要是提高酶的稳定 性和消除作为外源物质在体内的抗原性。 要达到这些目的，在修饰原理、修饰剂和 反应条件的选择以及对酶学性质的了解等 方面，都必须有足够的了解。
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酶的化学修饰名词解释
酶的化学修饰名词解释酶的化学修饰是指通过特定的化学反应改变酶分子的结构或功能的过程。
这些化学修饰可以通过直接作用于酶分子上的特定基团，例如氨基酸残基，或者通过与酶分子相互作用的小分子，如离子或小分子酶抑制剂来实现。
酶的化学修饰可以发生在酶的各个功能区域，包括底物结合位点、催化位点和调节位点等。
这些修饰可以改变酶的催化活性、底物结合亲和力、酶的构象状态以及酶的稳定性，从而影响酶的活性和功能。
常见的酶的化学修饰包括磷酸化、糖基化、乙酰化、甲基化、硫酸化等。
其中，磷酸化是最常见的酶修饰方式之一。
磷酸化是通过磷酸酶将磷酸基团与酶分子上的特定氨基酸残基（通常为丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸）结合而实现的。
磷酸化修饰可以改变酶的结构和功能，常用于调控酶的活性和底物结合能力。
另一个常见的酶的化学修饰是糖基化。
糖基化是指酶分子上的糖分子与特定氨基酸残基结合形成糖链的化学修饰方式。
糖基化修饰可以影响酶的稳定性和折叠状态，同时还可以通过与其他分子（如细胞表面受体）的相互作用而影响酶的功能和功能。
乙酰化是指酶分子上的乙酰基团与特定氨基酸残基结合形成乙酰化修饰。
乙酰化修饰可以改变酶的活性和稳定性，通常涉及到酶的底物结合和催化过程。
甲基化是指酶分子上的甲基基团与特定氨基酸残基结合形成的化学修饰。
甲基化修饰可以改变酶的结构和功能，常用于调控酶的底物结合亲和力和催化活性。
硫酸化是指酶分子上的硫酸基团与特定氨基酸残基结合形成硫酸化修饰。
硫酸化修饰可以影响酶的催化活性和底物结合能力，通常涉及到酶的调节和信号传导过程。
总之，酶的化学修饰是通过特定的化学反应改变酶分子的结构或功能的过程。
这些修饰可以影响酶的底物结合能力、活性、稳定性和调节等，从而调控酶的催化活性和功能。
酶的化学修饰特点及名词解释
酶的化学修饰特点及名词解释酶的化学修饰特点及名词解释酶化学修饰的目的在于人为地改变天然酶的一些性质，创造天然酶所不具备的某些优良特性甚至创造出新的活性，来扩大酶的应用领域，促进生物技术的发展。
下面是店铺给大家整理的酶的化学修饰特点，希望能帮到大家!酶的化学修饰特点(1)绝大多数酶化学修饰的酶都具有无活性(或低活性)与有活性(或高活性)两种形式。
它们之间的互变反应，正逆两向都有共价变化，由不同的酶进行催化，而催化这互变反应的酶又受机体调节物质(如激素)的控制。
(2)存在瀑布式效应。
由于酶化学修饰是酶所催化的反应，故有瀑布式(逐级放大)效应。
少量的调节因素就可通过加速这种酶促反应，使大量的另一种酶发生化学修饰星恒教育搜集整理。
因此，这类反应的催化效率常较变构调节为高。
(3)磷酸化与脱磷酸是常见的酶化学修饰反应。
一分子亚基发生磷酸化常需消耗一分子ATP，这与合成酶蛋白所消耗的ATP相比，显然是少得多;同时酶化学修饰又有放大效应，因此，这种调节方式更为经济有效。
(4)此种调节同变构调节一样，可以按着生理的需要来进行。
在前述的肌肉糖元磷酸化酶的`化学修饰过程中，若细胞要减弱或停止糖元分解，则磷酸化酶a在磷酸化酶a磷酸酶的催化下即水解脱去磷酸基而转变成无活性的磷酸化酶b，从而减弱或停止了糖元的分解。
酶的化学修饰名词解释简介酶化学修饰是应用化学方法对酶分子施行种种“手术”，通过主链的“切割”、“剪接”和侧链基团的“化学修饰”对酶蛋白进行分子改造，以改变其理化性质及生物活性的技术。
目的在于人为地改变天然酶的一些性质，创造天然酶所不具备的某些优良特性甚至创造出新的活性，来扩大酶的应用领域，促进生物技术的发展。
通过主链的“切割”、“剪接”和侧链基团的“化学修饰”对酶蛋白进行分子改造，以改变其理化性质及生物活性，这种应用化学方法对酶分子施行种种“手术”的技术，称为酶分子的化学修饰。
自然界本身就存在着酶分子改造修饰过程，如酶源激活、可逆共价调节等，这是自然界赋予酶分子的特异功能，提高酶活力的措施。
酶分子化学修饰原因和应用
退出
三、酶分子化学修饰的形式
（一）酶的表面修饰：化学固定化；酶的小分子化学 修饰作用；酶的大分子化学修饰；分子内交联；分 子间交联；脂质体包裹；反相胶团微囊化
(二)酶分子的内部修饰：非催化活性基团的修饰；酶 蛋白主链修饰；催化活性基团的修饰；肽链伸展后 的修饰
❖ 2． 蛋白质水平（化学修饰、定点突变 等）
通过分子修饰的方法来改变已分离出来 的天然酶的活性。
退出
酶化学修饰的目的
1. 研究酶的结构与功能的关系。（50年代末）
2. 人为改变天然酶的某些性质，扩大酶的应用
范围。（70年代末之后）
1）提高酶的生物活性（酶活力）。
2）增强酶的稳定性（热稳定性、体内半衰期）。
1． 稳定性不够，不能适应大量生产的需要。 2． 作用的最适条件不符（温度、pH等）。 3． 酶的主要动力学性质的不适应。 4． 临床应用的特殊要求。
消除抗原性、延长酶的半衰期、稳定 性等
退出
二、 酶修饰的方向
❖ 1． 核酸水平（生物酶工程的内容）
通过基因工程方法改变编码酶分子的基 因而达到改造酶的目的。
退出
④ 催化基团（部位）是在催化反应中直 接参与电子接受关系的部位。
牛 胰 凝 乳 蛋 白 酶 Ser195 ， His57 ， ASP120
枯草杆菌蛋白酶，Ser221, His64, ASP32
退出
⑤ 底物结合部位：酶活性部位直接与其 底物结合的残基构成的空间部位。
溶菌酶在水解细胞壁多糖的－1,4糖苷键 时，酶活性部位凹穴，能容纳6个六碳 糖单位，即有六个结合亚位点，来识别 这些糖单位。
酶分子化学修饰 原因和应用
传统的生物催化剂都是设计或优化 催化过程去适应已有的生物催化剂。
酶分子的化学修饰方法具体实例
酶分子的化学修饰方法1.酶的表面修饰2.酶分子的内部修饰3.与辅因子相关的修饰4.金属酶的金属取代1.1酶的表面修饰1.1.1化学固定化例如:①固定在电荷载体上，由于介质中的质子靠近载体，并与载体上的电荷发生作用，使酶的最适pH向碱性(阴离子载体)或向酸性(阳离子载体)方向偏移。
这样，在生产工艺中需几个酶协同作用时，由于固定化可使不同酶的最适pH彼此靠近。
②将糖化酶固定在阴离子载体上，其最适pH由4.5升到6.5，与D-木糖异构酶的最适PH(7.5)靠近，这样，可简化高果糖浆生产工艺。
如果载体与底物带相同电荷，固定化后反应系统Km值增加；带相反电荷，Km值降低。
当酶与载体连接点达到一定数目时，可增加酶分子构象稳定性，防止其构象伸展而失活。
1.1.2 酶的小分子修饰作用例如:③将α—胰凝乳蛋白酶表面的氨基修饰成亲水性更强的NH2COOH并达到一定程度时，酶的热稳定性在60℃时，提高了1000倍，温度更高时稳定化效应更强烈。
这个稳定的酶能经受灭菌的极端条件而不失活.1.1.3酶的大分子修饰例如:④聚乙二醇连到脂肪酶、胰凝乳蛋白酶上所得产物溶于有机溶剂，在有机溶剂存在下能够有效地起作用。
嗜热菌蛋白酶在水介质中通常催化肽链裂解，但用聚乙二醇共价修饰后，其催化活性显著改变，在有机溶剂中催化肽键合成，已用于制造合成甜味剂。
1.1.4 分子间交联例如:⑤戊二醛将胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶交联在一起。
这种杂化酶的优点是，胰凝乳蛋白酶的自溶作用降低，也使其反应器体积减少。
将胰蛋白酶与碱性磷酸脂酶交联而形成的杂化酶，可作为部分代谢途径的模型，则有可能在体内将它们输送到同一部位而提高药效。
1.2酶分子的内部修饰1.2.1非催化活性基团的修饰例如: ①将胰凝乳蛋白酶的Met192氧化成亚砜，则使该酶对含芳香族或大体积脂肪族取代基的专一性底物的束缚口袋有关．也说明底物的非反应部分束缚在酶的催化作用中有重要作用。
1.2.2酶蛋白主链修饰例如: ②用蛋白酶对ATP酶有限水解，切除其十几个残基后，酶活力提高了5.5倍。
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猪肝尿酸酶 糜蛋白酶 吲哚-3 -链烷羟化酶 猪肝尿酸酶 产沅假丝酵母尿酸酶
修饰剂
白蛋白 肝 素 聚丙烯酸 PEG PEG
天然酶
10.5 8.0 3.5 8.2 8.2
修饰酶
7.4 - 8.5
9.0 5.0 - 5.5 9.0 8.8
作业题：
1、名词解释：酶分子修饰 2、酶分子的化学修饰方法有哪些？ 3、酶肽链的大分子共价修饰的修饰剂和修 饰反应有哪些？ 4、分析说明修饰酶的性质。
一、被修饰酶的性质 （一）酶的稳定性：包括热稳定性、酸碱稳定性，
作用温度以及pH，酶蛋白解离时的电化学性质， 抑制剂的性质等。
（二）酶活性中心的状况：包括酶分子活性中心
的组成，如参与活性中心的氨基酸残基、辅因子 等。酶分子的形状、大小以及寡聚酶的亚基组成。
（三）酶侧链基团的性质与反应性 1、对巯基的化学修饰： 常用的修饰试剂有烷化剂、汞试剂和Ellman试剂等。 2、氨基的化学修饰： 常用的修饰试剂友乙酸酐、2，4，6-三硝基苯磺酸、 2，4-二硝基氟苯、烷基化时剂、丹磺酰氯(DNS)和 苯异硫氰酸酯（ PITC)等。 3、羧基的化学修饰： 水溶性羰二亚胺或氨化反应、硼氟化三甲锌盐反应、 甲醇-盐酸酯化反应等。 4、咪唑基的修饰反应： 焦碳酸二乙酯反应、碘代反应、碘化反应等。
（三）酶蛋白修饰反应的主要类型 酯化及相关反应 烷基化反应 氧化还原反应 芳香环取代反应 溴化氰裂解反应
第三节 酶蛋白肽链的大分子修饰
一、聚乙二醇及其修饰反应：聚乙二醇（PEG）是线 性大分子，具有良好的生物相容性和水溶性，在体 内无毒性、无残留、无免疫原性，并可消除酶分子 的抗原性，被广泛用于酶的修饰。 聚乙二醇末端活化后可以与酶产生交联，使酶分子 被覆盖上一层疏松的亲水外壳，导致动力学发生改 变，从而产生许多有用的性质，如可以在广泛的 pH范围内溶解、不被离子交换剂吸附，电泳迁移 率下降等。 主要的修饰方法有：叠氮法、琥珀酸酐法、三氯均 嗪法、羰二亚胺法、重氮法。
一、酶的表面修饰 （一）化学固定化：一般是直接通过酶表面的 氨基酸残基将酶分子共价连接到惰性载体上； 由于载体的引入，使酶所处的微环境发生改 变，进而改变了酶的性质，特别是动力学性 质发生了改变。 （二）酶的小分子修饰作用：主要是利用一些 小分子修饰试剂，通过共价结合来修饰酶的 一些基团（如-COO-、-NH3+、-SH、-OH、 咪唑基等），提高酶的稳定性。常用的小分 子修饰试剂有乙基、糖基和甲基等。
5、吲哚基的化学修饰： 2-羟基-5-硝基苄溴、光敏试剂、4-硝基苯硫氯等。 6、甲硫氨酸侧链基团的化学修饰： H2O2、光敏试剂、碘代乙酰胺等 7、二硫键的化学修饰： 2-巯基乙醇、二硫苏糖醇、过甲酸等。 8、酚基的化学修饰： N-乙酰咪唑、碘化反应、四硝基甲烷、偶氮化试剂、 二异丙基氟磷酸。 9、胍基的化学修饰： 丁二酮、1，2-环己二酮、苯乙二醛等。
表6-3 天然酶和修饰酶抗失活因子能力比较
酶
过氧化氢酶 核糖核酸酶 溶菌酶 胰蛋白酶 - 葡萄糖苷酶 尿激酶
修饰剂
右旋糖苷 右旋糖苷 右旋糖苷 右旋糖苷 右旋糖苷 白蛋白
抗蛋白酶
抗胰蛋白酶 抗蛋白酶 抗糜蛋白酶 抗胰蛋白酶
抗抑制剂
抗失活剂
抗SDS
抗大豆抑制剂 抗尿素
——
抗胃蛋白酶 抗胎盘抑制剂
四、天然大分子对酶的修饰反应 肝素：肝素由氨基葡萄糖和两种糖醛酸组成，平 均分子量约为20，000，是一种含硫酸酯的黏多糖； 经过肝素修饰的酶具有良好的稳定性，不仅可以 提高酶的疗效，而且具有抗血凝、抗血栓、降血 脂等活性。目前常用羰二亚胺法、三氯均嗪法和 溴化氰法活化肝素，对酶分子进行修饰。 人血清蛋白：常用戊二醛法、羰二亚胺法和活性 酯法对人血清蛋白进行活化，然后对酶分子进行 修饰。
第四节 修饰酶的化学性质
一、热稳定性：一般来说，经过化学修饰的酶，热稳 定性有较大的提高。主要是由于修饰试剂的多个功 能基团与酶分子的多个功能基团相互交联增加了酶 分子构象的稳定性（表6-1）。 二、抗原性：修饰酶的抗原性与修饰剂有关，目前比 较公认的是PEP和人血清白蛋白在消除酶分子抗原 性方面效果较好（表6 - 2）。
2、大分子共价修饰：利用一些可溶性大分子， 通过共价键连接于酶分子的表面，形成一层覆 盖层，形成的可溶性酶具有许多有用的性质。 例如用聚乙二醇共价修饰超氧化物歧化酶 （SOD），不仅可以降低或消除酶的抗原性， 而且提高了抗蛋白酶的能力，延长了半衰期， 从而提高了药效。
（四）分子内交联：增加酶分子表面的交联键 数目是提高酶稳定性的有效方法之一，例如 胰凝乳蛋白酶上的羧基经过羰二亚胺活化后， 可以与一系列二胺发生作用，使酶的稳定性 得到改善。 （五）分子间交联：利用一些双功能或多功能 试剂将不同的酶交联在一起形成杂化酶。例 如用戊二醛把胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶交联 在一起，可以降低胰凝乳蛋白酶的自溶性； 将胰蛋白酶与碱性磷酸脂酶交联形成的杂化 酶可作为部分代谢途径的模型。
二、修饰反应的条件：修饰反应应尽量在酶稳定条件 下进行，并尽量不破坏酶活性必需基团，修饰率高， 活力回收要高。 （一）pH与离子强度：pH决定了酶分子中反应基团 的解离状态，酶的解离状态不同，其反应性能也不 同；另一方面，有些修饰试剂在不同pH下，与同 一种基团反应可以形成不同的产物。离子强度对修 饰反应也有重要影响。 （二）修饰反应的温度与时间：严格控制反应温度和 时间可以减少或消除一些非专一性的修饰反应。 （三）反应体系中酶与修饰剂的比例：酶与修饰试剂 的比例可以控制酶分子的修饰程度。
加H2O
加酶液
E E E
亲水头部
疏水尾部
S
P
图：反相胶团的结构和酶的分布
二、酶分子的内部修饰
（一）非催化活性基团的修饰：通过对非催化残基的 修饰可以改变酶的动力学性质，改变酶对特殊底物 的亲和力；通常可被修饰的氨基酸残基既可以是亲 核的，也可以是亲电子的，还可以是是可氧化残基。 （二）酶蛋白主链的修饰：主要是靠酶法进行修饰， 用蛋白酶对主联进行部分水解，可以改变酶的催化 特性。 （三）催化活性基团的修饰：通过选择性修饰催化活 性氨基酸的侧链来实现氨基酸残基的取代，使一种 氨基酸侧链转化为另一种氨基酸侧链，这种方法又 称为化学突变法。 （四）肽链伸展后的修饰：酶蛋白经过脲、盐酸胍处 理，使肽链充分伸展，对酶分子内部的疏水基团进 行修饰，然后在适当条件下，重新进行折叠。
二、糖类的修饰反应： 右旋糖苷及右旋糖苷硫酸酯修饰反应：右旋糖苷是 由 -葡萄糖通过 -1，6-糖苷键连接而成的高分子 多糖，具有良好的生物相容性和水溶性，其双羟基 经过活化后可与酶分子上的游离氨基相结合。主要 的修饰方法有：溴化氰法、高碘酸氧化法。 糖肽（ Glycopeptide)的修饰反应: 糖肽是由人纤维 蛋白或 - 球蛋白经蛋白酶水解后得到的产物，其 分子上具有游离氨基，活化后可与酶分子上的氨基 反应。主要方法有：2，3- 异氰酸甲苯活化法、戊 二醛法。 聚乳糖修饰反应：聚乳糖在一定温度下，通过适当 的还原剂可与酶分子上氨基反应。
表6-1 天然酶和修饰酶的热稳定性比较
酶
酰苷脱氢酶
修饰剂
右旋糖苷
处理条件 (℃/时间)
37/100min
残留酶活(%)
天然酶
70
修饰酶
100
胰蛋白酶
过氧化氢酶 溶菌酶 尿激酶 糜蛋白酶
右旋糖苷
右旋糖苷 右旋糖苷 人血清白蛋白 肝 素
100/30min
50/10min 100/30min 37/48h 37/24h
L-Asn 酶
- 葡萄糖苷酶
消 除
降 低 降 低
核糖核酸酶酶
三、对各类失活因子的抵抗力:化学修饰酶与天然酶 相比,对蛋白酶、抑制剂等失活因子的抵抗力均有 不同程度的提高（表6-3）。 四、修饰酶在体内的半衰期：多数修饰酶在体内的 半衰期得到有效延长（表6-4）。 五、最适pH:大多数酶经化学修饰后，最适pH发生 了变化，这在应用上具有重要意义（表6-5）。 六、Km 的变化:有些酶经化学修饰后，Km变大， 这可能是由于屏蔽效应引起的。
第六章 酶分子的化学修饰
酶分子化学修饰就是在分子水平上对酶进 行改造，以达到改构和改性的目的。在体 外将酶分子通过人工的方法与一些化学物 质，特别是一些有生物相容性的物质进行 共价连接，从而改变酶的结构和性质。这 些化学物质称为修饰试剂，酶化学修饰主 要用于基础酶学的研究和疾病治疗。
酶化学修饰的应用领域
（三）酶的大分子修饰作用：可分为非共价 修饰和共价修饰两大类： 1、大分子非共价修饰：利用一些大分子试剂通
过与酶非共价相互作用，对酶进行有效的保护。 例如聚乙二醇、右旋糖苷等通过氢键固定于酶分 子的表面，同时又有效地与外部水相连，从而保 护酶的活力；一些多元醇、多糖、多聚氨基酸、 多胺等能通过调节酶的微环境来保护酶活力；另 外一些蛋白质可以通过相互作用，排除分子表面 的水分子，降低介电常数，使酶的稳定性增加。
三、合成大分子多聚物修饰酶 聚N - 乙烯吡硌烷酮 (PVP):用水溶性的分子量为 10,000的PVP,经过开环水解,活化后,与酶结合。 聚乙烯醇(PVA):PVA与对硝基苯氧酰氯反应，其硝 基再用连二亚硫酸钠还原为氨基，与酶分子中的羧基 共价连接。 聚丙烯醇(PAA):用分子量为250，000的PAA，经过N - 羟基琥珀酰亚胺活化后与酶的氨基反应。 聚顺丁烯二酸酐:用分子量为98，000的聚顺丁烯二酸 酐，可以直接与酶分子的氨基发生反应。 聚氨基酸：用分子量为5，700的聚赖氨酸做修饰剂时， 其氨基与酶分子上的羧基通过羰二亚胺产生交联。用 丙氨酸的二肽或三肽做修饰剂时，其酸酐可以与酶发 生反应。
抗SDS
表6-4 天然酶与修饰酶的半衰期比较
酶
过氧化氢酶 Arg 酶 Gln-Asn酶 尿酸酶 超氧化物岐化酶 羧肽酶
修饰剂
PEG 右旋糖苷 糖肽 白蛋白 白蛋白 右旋糖苷