蛋白质的化学修饰
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影响蛋白质化学修饰反应进程的因素： 1.蛋白质功能基的反应性；2.修饰剂的反应性。
主要内容
化学修饰的原理 蛋白质侧链的修饰 蛋白质肽链的交联 蛋白质化学修饰的应用 蛋白质化学修饰的局限性
二、蛋白质侧链的修饰
蛋白质侧链的修饰主要是通过选择性的试剂或亲和标 记试剂与蛋白质侧链上特定的功能基团发生化学反应 而实现的。其重要作用是用于探测活性部位的结构。
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2.3 氨基的化学修饰
氨基的修饰可分为三类：引入正电荷的修饰； 电荷消失的修饰；引入负电荷的修饰。
2.3.1 引入正电荷的修饰
Lys--NH2以非质子化形式存在时很活泼, 是蛋白质分 子中亲核反应活性很高的基团，可被选择性修饰。
Lys修饰后侧链留下可电离的带正电的基团。
还原烷基化：醛与Lys侧链反应形成希夫碱，再用硼 氢化钠（NaBH4）还原希夫碱，得到稳定衍生物。
此类试剂 ( 如DNFB、碘代乙酸、碘代乙酰胺、苯 甲酰卤代物、碘甲烷等 ) 常带有活泼的卤素原子， 因其电负性而使烷基带部分正电荷，易于导致蛋 白质分子的亲核基团 ( 如-NH2、-SH、 -COOH、 -SCH3和咪唑基 ) 发生烷基化。
2.1.3 氧化和还原反应
H2O2、N-溴代琥珀酰亚胺等具有很强氧化性，能 将侧链基团( -SH\-SCH3\吲哚基\咪唑基和酚基)氧 化, 往往易使肽链断裂(故要控制好氧化条件); 光 敏剂存在下的光氧化是比较温和的氧化作用。
2.4 羧基的化学修饰
由于羧基在水溶液中的化学性质, 使得蛋白质分 子中Glu和Asp的修饰很有限, 产物一般是酯类 或酰胺类.
目前最常用的 标准方法, 在 比较温和的条 件下就可进行
胃蛋白酶与[14C]硼 氟化三甲洋盐在pH 5时酶完全失活,研 究表明两-COOH为 该酶必需基团
蛋白质侧链的修饰
主要内容
化学修饰的原理 蛋白质侧链的修饰 蛋白质肽链的交联 蛋白质化学修饰的应用 蛋白质化学修饰的局限性
一、化学修饰的原理
概念：从广义上说，凡是通过化学基团的引入 或除去，而使蛋白质共价结构发生改变，都可 称为蛋白质的化学修饰。
有的情况下化学结构的改变并不影响蛋白质的 生物学活性(称非必需部分的修饰); 但大多情况 下将导致生物活性的改变(如下降以至完全丧失)。
2.1 特定的AA残基侧链基团的反应试剂 （4种方法）
2.2 巯基的化学修饰 2.3 氨基的化学修饰（3种方法） 2.4 羧基的化学修饰 2.5 咪唑基的化学修饰 2.6 二硫键的化学修饰
2.5 咪唑基的化学修饰
His残基的咪唑基可通过N原子的烷基化 或C原子的亲核取代来进行修饰。
2.1 特定的AA残基侧链 基团的反应试剂（4种）
2.1.1 酰化及其相关反应
这类化学修饰试剂如乙酰咪唑、酸酐磺酰氯、 硫代三氟乙酸乙酯和O-甲基异脲等，在室温 (20ºC~25ºC)，pH 4.5 ~9.0的条件下可与蛋白质某些 侧链基团如 -NH2、-OH、-SH及酚基等发生酰基化 反应。
2.1.2 烷基化反应
1.烷基化试剂特别是碘乙酸和碘乙酰胺 是很重要的-SH修饰剂。修饰产物相当稳 定，易于分析。此类试剂还能与 Met\Lys\His反应。
2.有机汞试剂是最早使用的-SH修饰剂之一，其 中最常用的是对氯汞苯甲酸，它与-SH形成的衍 生物在250nm处有最大吸收，可容许低浓度蛋白 质的光谱定量分析。其中2-氯汞-4-硝基苯酚 (MNP)与蛋白质分子中侧链-SH反应很快,并在 395nm处产生1个负差吸收峰.
2-巯基乙醇、巯基乙酸和二硫苏糖醇(DTT)等主要 用于-S-S-的还原剂。
连四硫酸钠或钾 是一温和的氧化剂， 常用于-SH的可逆 保护剂。
2.1.4 芳香环取代反应
蛋白质AA残基的酚羟基在3和5位上易于发生亲 电取代的碘化和硝化反应。这类修饰反应的典 型例子为四硝基甲烷(TNM), 可以作用于Tyr的 酚羟基, 形成3-硝基Tyr衍生物。这种产物有特 殊光谱，可用于直接的定量测定。
三硝基苯磺酸 (TNBS)
2.3.3 引入负电荷的修饰
1. 乙酰化: 此反应类似于乙酸酐与氨基反应, 但酸 酐(如琥珀酸酐)所带负电荷全部引入到侧链上。
2. 烷基化：
蛋白质侧链的修饰
2.1 特定的AA残基侧链基团的反应试剂 （4种方法）
2.2 巯基的化学修饰 2.3 氨基的化学修饰（3种方法） 2.4 羧基的化学修饰 2.5 咪唑基的化学修饰 2.6 二硫键的化学修饰
-H2O
[H]
P-NH2 + RCHO +H2O P-N=CHR
P-NH-CH2R
2.3.2 电荷消失的修饰
这 不带类电试。剂可抑制Lys--NH2的质子化, 使形成的衍生物 1. 乙酰化：在微碱性pH下，氨基与乙酸酐反应生成 乙酰化衍生物。
2. 芳香化：三硝基苯磺酸与氨基作用, 生成的衍生物 为黄色，可定量测定-NH2。 (其它:DNFB\DNS)
蛋白质侧链的修饰
2.1 特定的AA残基侧链基团的反应试剂 （4种方法）
2.2 巯基的化学修饰 2.3 氨基的化学修饰（3种方法） 2.4 羧基的化学修饰 2.5 咪唑基的化学修饰 2.6 二硫键的化学修饰
2.2 巯基的化学修饰
巯基具有很强的亲核性，是蛋白质分子 中最容易反应的侧链基团。常用的修饰 剂有3种：
理想情况下, 修饰试剂只是选择性地与某一特定的残 基反应, 很少或几乎不引起蛋白质分子构象变化。
在20种常见AA残基中，仅具极性的侧链基团才能够 进行化学修饰，这些基团的反应性取决于其亲核性。
蛋白质侧链的修饰
2.1 特定的AA残基侧链基团的反应试剂 （4种方法）
2.2 巯基的化学修饰 2.3 氨基的化学修饰（3种方法） 2.4 羧基的化学修饰 2.5 咪唑基的化学修饰 2.6 二硫键的化学修饰
3.-SH的氧化也是一种专一性很高的化学修饰手 段. H2O2一般用于氧化-SH形成-S-S-或在较大量 时形成磺酸，也可以生成次磺酸。
蛋白质侧链的修饰
2.1 特定的AA残基侧链基团的反应试剂 （4种方法）
2.2 巯基的化学修饰 2.3 氨基的化学修饰（3种方法） 2.4 羧基的化学修饰 2.5 咪唑基的化学修饰 2.6 二硫键的化学修饰
主要内容
化学修饰的原理 蛋白质侧链的修饰 蛋白质肽链的交联 蛋白质化学修饰的应用 蛋白质化学修饰的局限性
二、蛋白质侧链的修饰
蛋白质侧链的修饰主要是通过选择性的试剂或亲和标 记试剂与蛋白质侧链上特定的功能基团发生化学反应 而实现的。其重要作用是用于探测活性部位的结构。
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2.3 氨基的化学修饰
氨基的修饰可分为三类：引入正电荷的修饰； 电荷消失的修饰；引入负电荷的修饰。
2.3.1 引入正电荷的修饰
Lys--NH2以非质子化形式存在时很活泼, 是蛋白质分 子中亲核反应活性很高的基团，可被选择性修饰。
Lys修饰后侧链留下可电离的带正电的基团。
还原烷基化：醛与Lys侧链反应形成希夫碱，再用硼 氢化钠（NaBH4）还原希夫碱，得到稳定衍生物。
此类试剂 ( 如DNFB、碘代乙酸、碘代乙酰胺、苯 甲酰卤代物、碘甲烷等 ) 常带有活泼的卤素原子， 因其电负性而使烷基带部分正电荷，易于导致蛋 白质分子的亲核基团 ( 如-NH2、-SH、 -COOH、 -SCH3和咪唑基 ) 发生烷基化。
2.1.3 氧化和还原反应
H2O2、N-溴代琥珀酰亚胺等具有很强氧化性，能 将侧链基团( -SH\-SCH3\吲哚基\咪唑基和酚基)氧 化, 往往易使肽链断裂(故要控制好氧化条件); 光 敏剂存在下的光氧化是比较温和的氧化作用。
2.4 羧基的化学修饰
由于羧基在水溶液中的化学性质, 使得蛋白质分 子中Glu和Asp的修饰很有限, 产物一般是酯类 或酰胺类.
目前最常用的 标准方法, 在 比较温和的条 件下就可进行
胃蛋白酶与[14C]硼 氟化三甲洋盐在pH 5时酶完全失活,研 究表明两-COOH为 该酶必需基团
蛋白质侧链的修饰
主要内容
化学修饰的原理 蛋白质侧链的修饰 蛋白质肽链的交联 蛋白质化学修饰的应用 蛋白质化学修饰的局限性
一、化学修饰的原理
概念：从广义上说，凡是通过化学基团的引入 或除去，而使蛋白质共价结构发生改变，都可 称为蛋白质的化学修饰。
有的情况下化学结构的改变并不影响蛋白质的 生物学活性(称非必需部分的修饰); 但大多情况 下将导致生物活性的改变(如下降以至完全丧失)。
2.1 特定的AA残基侧链基团的反应试剂 （4种方法）
2.2 巯基的化学修饰 2.3 氨基的化学修饰（3种方法） 2.4 羧基的化学修饰 2.5 咪唑基的化学修饰 2.6 二硫键的化学修饰
2.5 咪唑基的化学修饰
His残基的咪唑基可通过N原子的烷基化 或C原子的亲核取代来进行修饰。
2.1 特定的AA残基侧链 基团的反应试剂（4种）
2.1.1 酰化及其相关反应
这类化学修饰试剂如乙酰咪唑、酸酐磺酰氯、 硫代三氟乙酸乙酯和O-甲基异脲等，在室温 (20ºC~25ºC)，pH 4.5 ~9.0的条件下可与蛋白质某些 侧链基团如 -NH2、-OH、-SH及酚基等发生酰基化 反应。
2.1.2 烷基化反应
1.烷基化试剂特别是碘乙酸和碘乙酰胺 是很重要的-SH修饰剂。修饰产物相当稳 定，易于分析。此类试剂还能与 Met\Lys\His反应。
2.有机汞试剂是最早使用的-SH修饰剂之一，其 中最常用的是对氯汞苯甲酸，它与-SH形成的衍 生物在250nm处有最大吸收，可容许低浓度蛋白 质的光谱定量分析。其中2-氯汞-4-硝基苯酚 (MNP)与蛋白质分子中侧链-SH反应很快,并在 395nm处产生1个负差吸收峰.
2-巯基乙醇、巯基乙酸和二硫苏糖醇(DTT)等主要 用于-S-S-的还原剂。
连四硫酸钠或钾 是一温和的氧化剂， 常用于-SH的可逆 保护剂。
2.1.4 芳香环取代反应
蛋白质AA残基的酚羟基在3和5位上易于发生亲 电取代的碘化和硝化反应。这类修饰反应的典 型例子为四硝基甲烷(TNM), 可以作用于Tyr的 酚羟基, 形成3-硝基Tyr衍生物。这种产物有特 殊光谱，可用于直接的定量测定。
三硝基苯磺酸 (TNBS)
2.3.3 引入负电荷的修饰
1. 乙酰化: 此反应类似于乙酸酐与氨基反应, 但酸 酐(如琥珀酸酐)所带负电荷全部引入到侧链上。
2. 烷基化：
蛋白质侧链的修饰
2.1 特定的AA残基侧链基团的反应试剂 （4种方法）
2.2 巯基的化学修饰 2.3 氨基的化学修饰（3种方法） 2.4 羧基的化学修饰 2.5 咪唑基的化学修饰 2.6 二硫键的化学修饰
-H2O
[H]
P-NH2 + RCHO +H2O P-N=CHR
P-NH-CH2R
2.3.2 电荷消失的修饰
这 不带类电试。剂可抑制Lys--NH2的质子化, 使形成的衍生物 1. 乙酰化：在微碱性pH下，氨基与乙酸酐反应生成 乙酰化衍生物。
2. 芳香化：三硝基苯磺酸与氨基作用, 生成的衍生物 为黄色，可定量测定-NH2。 (其它:DNFB\DNS)
蛋白质侧链的修饰
2.1 特定的AA残基侧链基团的反应试剂 （4种方法）
2.2 巯基的化学修饰 2.3 氨基的化学修饰（3种方法） 2.4 羧基的化学修饰 2.5 咪唑基的化学修饰 2.6 二硫键的化学修饰
2.2 巯基的化学修饰
巯基具有很强的亲核性，是蛋白质分子 中最容易反应的侧链基团。常用的修饰 剂有3种：
理想情况下, 修饰试剂只是选择性地与某一特定的残 基反应, 很少或几乎不引起蛋白质分子构象变化。
在20种常见AA残基中，仅具极性的侧链基团才能够 进行化学修饰，这些基团的反应性取决于其亲核性。
蛋白质侧链的修饰
2.1 特定的AA残基侧链基团的反应试剂 （4种方法）
2.2 巯基的化学修饰 2.3 氨基的化学修饰（3种方法） 2.4 羧基的化学修饰 2.5 咪唑基的化学修饰 2.6 二硫键的化学修饰
3.-SH的氧化也是一种专一性很高的化学修饰手 段. H2O2一般用于氧化-SH形成-S-S-或在较大量 时形成磺酸，也可以生成次磺酸。
蛋白质侧链的修饰
2.1 特定的AA残基侧链基团的反应试剂 （4种方法）
2.2 巯基的化学修饰 2.3 氨基的化学修饰（3种方法） 2.4 羧基的化学修饰 2.5 咪唑基的化学修饰 2.6 二硫键的化学修饰