酶分子的化学修饰
04酶分子的化学修饰
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。
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
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
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
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
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
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
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。
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
（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。
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。
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。
酶的化学修饰名词解释
酶的化学修饰名词解释酶是一类能够加速特定化学反应的生物分子。
它们在生物体内起着至关重要的作用，使许多生化过程变得可能。
然而，酶并不是一成不变的，它们可以通过各种化学修饰来改变其活性、稳定性和特异性。
这些化学修饰通常发生在酶的氨基酸残基上，可以包括磷酸化、甲基化、酰化、糖基化等。
一、磷酸化磷酸化是酶的一种常见的化学修饰方式。
它是通过在酶的特定氨基酸残基附近加上一个磷酸基团来实现的。
磷酸化修饰可以改变酶的结构和功能，进而调控细胞内的信号传导和代谢过程。
磷酸化修饰通常由激酶酶催化，而蛋白磷酸酶则能够去除这些磷酸基团，从而恢复酶的原始状态。
二、甲基化甲基化是酶的另一种常见的化学修饰方式。
它是通过在酶的某些氨基酸残基上加上一个甲基基团来实现的。
甲基化修饰能够影响酶的空间构型和亲和性，从而改变其与底物的结合能力。
这种修饰通常由甲基转移酶催化，而蛋白去甲基酶则能够去除这些甲基基团。
三、酰化酰化是酶的另一种常见的化学修饰方式。
它是通过在酶的某些氨基酸残基上加上一个酰基（如乙酰基、丙酰基等）来实现的。
酰化修饰可以影响酶的立体构像和电荷分布，从而改变其催化活性和稳定性。
酰化修饰通常由酰化酶催化，而脱酰酶则能够去除这些酰基。
四、糖基化糖基化是酶的另一种常见的化学修饰方式。
它是通过在酶的某些氨基酸残基上加上一个糖基来实现的。
糖基化修饰能够增加酶的水溶性和稳定性，还可以影响酶与其他分子的相互作用。
糖基化修饰通常由糖转移酶催化，而糖酶则能够去除这些糖基。
通过以上的解释，我们可以看出，酶的化学修饰是一种重要的调控机制。
它能够通过改变酶的结构和功能来适应不同的生理环境和应激情况。
这种修饰不仅仅发生在单个酶分子上，而且可以通过整个细胞内的信号传导网络来协调调控。
因此，对酶的化学修饰的深入研究和理解将有助于我们更好地揭示生命的奥秘，为疾病的防治提供新的思路和治疗策略。
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。
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。
最新4酶分子化学修饰2
应用实例： 1）提高酶活力： 2）消除抗原性：
（二）氨基酸置换修饰 将肽链上的某一个氨基酸换成另一个氨基酸，引起酶
通过酶表面的酸性或碱性残基，将酶共价连接到 惰性载体上，由于酶所处的微环境发生改变，使酶的 最适pH、最适温度和稳定性发生改变。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、酶分子内部修饰
（一）蛋白主链修饰（肽链有限水解修饰） 蛋白主链修饰采用酶法（用专一性较强的蛋白酶或肽酶
为修饰剂）。
（与前面化学修饰区别）
酶蛋白的肽链被水解后，可能出现以下三种情况 中的一种：
蛋白空间构象的改变，从而改变酶的某些特性和功能的方 法。
通过两个途径实现： 化学修饰法：由于可用试剂的限制，获得的种类少。 蛋白质工程：利用基因操纵技术。 （三）金属离子置换修饰 改变酶分子中所含的金属离子，使酶的特性和功能发 生改变的方法。
思考题：
酶化学修饰的种类有哪些?
结束语
谢谢大家聆听！！！
但解释修饰效果须十分小心，因为： ①任何一种修饰剂不是绝对专一的。 ②有些修饰剂引起蛋白质构象变化——失活， 不一定是活性中心基团被共价修饰。 ③不同部分的相同基团，修饰效果不同，分子 内部的必需基团，不易被修饰。
（三）交联修饰（交联法） 用双功能基团试剂(如戊二醛)，与酶分子内不同
肽链部分共价交联，使酶分子空间构象更加稳定。 （四）固定化修饰（共价偶联法）
3)胍基的化学修饰 来源：Arg 精 修饰反应：本质上是羰Tang =co基对氨基酰基化。 修饰剂：
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。
第六章 酶分子化学修饰
三、研究酶活性中心的方法
1.物理学方法： 用X射线衍射法直接检测底物或其
类似物与酶形成的中间复合物（包括酶
和底物）的相对位臵。
2.化学修饰法：根据所用修饰试剂不同，分为
1)非专一性化学修饰
用非专一性的修饰试剂与氨基酸侧链基团作用。
若某基团被修饰后：
酶活性不变——该基团可能不是酶的必需基团
酶活性降低或丧失——该基团可能是酶的必需基团
Trp
吲哚基
N-溴代琥珀酰亚胺
但解释修饰效果须十分小心，因为： ①任何一种修饰剂不是绝对专一的。 ②有些修饰剂引起蛋白质构象变化——失活，
（二）小分子修饰 （酶蛋白侧链基团修饰）
•定义：通过选择性的试剂或亲和标记试剂与酶分
子侧链上特定的功能基团发生化学反应。
•侧链基团：组成蛋白质氨基酸残基上的功能团。
主要有：氨基、羧基、胍基、巯基、酚基、咪唑基。
•侧链基团修饰剂：采用的各种小分子化合物。
20种不同氨基酸的侧链基团中只有极性氨基 酸的侧链易被修饰，它们一般具有亲核性。
•酶的化学修饰（chemical modification）： 通过化学基团的引入或除去，使蛋白质共价 结构发生改变。 •酶选择性化学修饰：
描述肽链侧链基团被化学试剂专一性地修饰。
二、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）
二、活性中心的共性
(1)活性部位只占酶分子很小的一部分（1-2%）。 (2)活性部位是一个三维实体。 (3)活性中心构象不是固定不变的（诱导契合）。 (4)活性中心位于酶分子表面的疏水性裂缝中。 (5)酶与底物通过盐键、氢键、范德华力和疏水 作用等次级键结合。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
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。
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。
PEG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。
加酶液
E E E
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；
（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。
46
40 20 50 0
64
90 99 95 80
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。
修饰酶的抗原性变化
酶
胰蛋白酶 过氧化氢酶 Arg 酶
修饰剂
PEG PEG PEG PEG
抗原性
消 除 消 除 消 除 消 除
腺苷脱氢酶
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
半衰期 天然酶 修饰酶
6h 1.4h 1h 4h 6min 3.5h 8h 12h 8h 20h 4h 17h
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。
天然酶与修饰酶的最适pH
酶
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
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。
（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。
（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。
（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。
三、与辅因子相关的修饰 对依赖辅因子的酶可用两种方法进行修 饰： 如果辅因子与酶是非共价结合的,可以将 辅因子共价结合于酶分子上； 引入新的具有更强反应的辅因子。
尿酸酶 Gln-Aln 酶 SOD酶
PEG
PEG
消 除
消 除 消 除
白蛋白
白蛋白 白蛋白 Poly-DL-Ala
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。
天然酶和修饰酶抗失活因子能力比较
四、金属酶的金属取代 酶分子中的金属离子可以被其他金属离 子取代，可以改变酶的专一性、稳定性 等。
第二节
酶化学修饰的基本要求
一、掌握被修饰酶的性质 1、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。
2、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。
在基础酶学研究上 探测酶活性必需氨基酸的性质和数目 酶蛋白一级结构的测定 酶蛋白的结构变化与运动 酶的作用机理与催化反应历程 酶纯度的分析与检测
在疾病治疗上 克服酶在体内的不稳定性 消除或降低酶的抗原性 在工业上的应用 酶稳定性提高，使生产成本降低 反应条件的改善和酶寿命的延长导致生 产工艺的技术革新和改进。
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
抗SDS
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。
主要研究内容
第一节 酶分子的化学修饰方法 第二节 酶化学修饰的基本要求 第三节 修饰酶的化学性质
第一节
酶分子的化学修饰方法
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。
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。
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。
（四）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。
（五）脂质体包埋：一些医药用酶，如 SOD、溶菌酶等，由于分子量较大，不易 进入人体细胞内，而且在体内半衰期短， 产生免疫原性反应； 用脂质体包埋法纪可解决这些问题。 脂质体是天然脂类或类固醇组成的微球 体，酶分子包埋在其内部，可以通过与 细胞的膜融合或内吞作用而进入细胞内。
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。
1、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。
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
2、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。 3、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。
第三节
修饰经过化学修饰的酶，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。
（六）反相胶团微囊化：这是近年来发 展起来的酶在有剂相中进行催化的技术， 反相胶团中酶的稳定性大大提高；一些 表面活性剂溶解在非极性有机溶剂中时 可自发地形成近似球状的反相胶团，反 相胶团是表面活性剂的疏水尾部朝外而 极性头部朝内的微胶团，其内部可容纳 一定量的水，酶溶解在其中避免变性。
加 H2 O