酶分子的化学修饰PPT课件
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《酶分子的修饰》课件
糖基化修饰通常发生在酶的特定氨基酸残基上，形成N-连 接或O-连接的糖链。糖基化修饰在多种生物学过程中发挥 重要作用，如蛋白质分选和分泌。
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
生物化学 第三章 酶(共65张PPT)
概念: 抑制剂和底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心,从而阻碍酶底物复合物的形成，使酶的活性降低。
含多条肽链则为寡聚酶，如RNA聚合酶，由4种亚基构成五聚体。
(cofactor)
别构酶(allosteric enzyme):能发生别构效应的酶
9 D-葡萄糖6-磷酸酮醇异构酶 磷酸葡萄糖异构酶
esterase)活性中心丝氨酸残基上的羟基结合，使酶失活。
酶蛋白
酶的磷酸化与脱磷酸化
五、酶原激活
概念
酶原(zymogen)：细胞合成酶蛋白时或者初分 泌时,不具有酶活性的形式
酶原 切除片段 酶
（–）
（+）
酶原激活
本质：一级结构的改变导致构象改变，激活。
胰蛋白酶原的激活过程
六、同工酶
同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应， 而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质 不同的一组酶。
正协同效应（positive cooperativity） 后续亚基的构象改变增加其对别构效应剂
的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越容易。
负协同效应（negative cooperativity） 后续亚基的构象改变降低酶对别构效应剂
的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越难。
协同效应
正协同效应的底物浓度-反应速率曲线为S形曲线
/ 即： Vmax = k3 [Et]
Km 和 Vmax 的测定
双倒数作图法 Lineweaver-Burk作图
将米氏方程式两侧取倒数
1/v = Km/Vmax[S] + 1/Vmax = Km/Vmax •1/ [S] + 1/Vmax 以 1/v 对 1/[S] 作图, 得直线图
斜率为 Km/Vmax
含多条肽链则为寡聚酶，如RNA聚合酶，由4种亚基构成五聚体。
(cofactor)
别构酶(allosteric enzyme):能发生别构效应的酶
9 D-葡萄糖6-磷酸酮醇异构酶 磷酸葡萄糖异构酶
esterase)活性中心丝氨酸残基上的羟基结合，使酶失活。
酶蛋白
酶的磷酸化与脱磷酸化
五、酶原激活
概念
酶原(zymogen)：细胞合成酶蛋白时或者初分 泌时,不具有酶活性的形式
酶原 切除片段 酶
（–）
（+）
酶原激活
本质：一级结构的改变导致构象改变，激活。
胰蛋白酶原的激活过程
六、同工酶
同工酶(isoenzyme)是指催化相同的化学反应， 而酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质 不同的一组酶。
正协同效应（positive cooperativity） 后续亚基的构象改变增加其对别构效应剂
的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越容易。
负协同效应（negative cooperativity） 后续亚基的构象改变降低酶对别构效应剂
的亲和力，使效应剂与酶的结合越来越难。
协同效应
正协同效应的底物浓度-反应速率曲线为S形曲线
/ 即： Vmax = k3 [Et]
Km 和 Vmax 的测定
双倒数作图法 Lineweaver-Burk作图
将米氏方程式两侧取倒数
1/v = Km/Vmax[S] + 1/Vmax = Km/Vmax •1/ [S] + 1/Vmax 以 1/v 对 1/[S] 作图, 得直线图
斜率为 Km/Vmax
现代酶工程-5-酶分子的化学修饰
天然酶与修饰酶在生物体内半衰期的比较
修饰剂 酶 羧肽酶C 精氨酸酶 -淀粉酶 谷氨酰胺酶-天门 冬酰胺酶 L-天门冬酰胺酶 尿酸酶 -葡萄糖苷酶 超氧化岐化酶 尿激酶 氨基己糖苷酶A 精氨酸酶 酰苷脱氨酶 L-天门冬酰胺酶 过氧化氢酶 右旋糖酐 右旋糖酐 右旋糖酐 糖肽 聚丙氨酸 白蛋白 白蛋白 白蛋白 白蛋白 PVP PEG PEG PEG PEG PEG 半衰期或酶活残留率(%)/时间 天然酶 3.5 h 1.4 h 16%/2 h 1h 3h 4h 10 min 6 min 20 min 5 min 1h 30min 2h 0%/6 h 18%/3 h 修饰酶 17 h 12 h 75%/2 h 8.2 h 21 h 20 h 3h 4h 90 min 35 min 12 h 28 h 24 h 10%/8 h 65%/3 h
（三）酶的大分子修饰作用 ——非共价修饰 ——共价修饰
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。
一、被修饰酶的性质 （一）酶的稳定性： （二）酶活性中心的状况： （三）酶侧链基团的性质与反应性 二、修饰反应的条件： （一）pH与离子强度 （二）修饰反应的温度与时间 （三）反应体系中酶与修饰剂的比例
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。
《酶蛋白的化学修饰》PPT课件
①选择性地与一个氨基酸残基反应; ②反应在酶蛋白不变性的条件下进行; ③标记的残基在肽中稳定,很易通过降解分离出来,进行鉴定: ④反应的程度能用简单的技术测定。
9
2、反应条件的选择
除允许修饰能顺利进行外,还必须满足如下要求： ①不造成蛋白质的不可逆变性。 ②有利于专一性修饰蛋白质。
为此,反应条件应尽可能在保证蛋白质特定空间构象不变或少变的情况下 进行。反应的温度、pH都要小心控制。反应介质和缓冲液组成也要有所考 虑。
11
②选择不同的反应pH 蛋白质分子中各功能基的解离常数(pKa)是不同的。所以控制不同的反
应pH，也就控制了各功能基的解离程度,从而有利于修饰的专一性。
12
例如：
碘代乙酸对蛋白质进行修饰时,试剂可与半 胱氨酸、甲硫氨酸、组氨酸的侧链及α-氨基、 ε-氨基发生作用。
13
③利用某些产物的不稳定性 ④亲和标记 ⑤差别标记 ⑥利用蛋白质状态的差异
3）肝素
肝素有抗凝血、抗血栓、降血脂活性，适 于修饰溶栓酶类以增加疗效。 碳二亚胺法
42
5）白蛋白
碳二亚胺法
43
第三节 酶的亲和修饰
亲和标记 (Affinity Labeling） 亲和标记是最有意义的一种化学修饰，这
是因为它可以很专一性地作用于酶的活性部位。 亲和标记是分步反应，修饰剂先可逆地结合在 酶的活性部位，再不可逆地修饰该部位特定基 团，一般是必需基团，而造成不可逆失活。亲 和标记修饰剂一般是底物类似物，和底物含有 共同的结合于酶的基团。
14
第二节 酶蛋白侧链的化学修饰
1、蛋白质侧链上的功能基主要有:
氨基（N端，赖氨酸，精氨酸）， 巯基（半胱氨酸）， 羧基（天冬氨酸、谷氨酸）， 甲硫基（甲硫氨酸）， 咪唑基（组氨酸）， 吲哚基 胍基
9
2、反应条件的选择
除允许修饰能顺利进行外,还必须满足如下要求： ①不造成蛋白质的不可逆变性。 ②有利于专一性修饰蛋白质。
为此,反应条件应尽可能在保证蛋白质特定空间构象不变或少变的情况下 进行。反应的温度、pH都要小心控制。反应介质和缓冲液组成也要有所考 虑。
11
②选择不同的反应pH 蛋白质分子中各功能基的解离常数(pKa)是不同的。所以控制不同的反
应pH，也就控制了各功能基的解离程度,从而有利于修饰的专一性。
12
例如：
碘代乙酸对蛋白质进行修饰时,试剂可与半 胱氨酸、甲硫氨酸、组氨酸的侧链及α-氨基、 ε-氨基发生作用。
13
③利用某些产物的不稳定性 ④亲和标记 ⑤差别标记 ⑥利用蛋白质状态的差异
3）肝素
肝素有抗凝血、抗血栓、降血脂活性，适 于修饰溶栓酶类以增加疗效。 碳二亚胺法
42
5）白蛋白
碳二亚胺法
43
第三节 酶的亲和修饰
亲和标记 (Affinity Labeling） 亲和标记是最有意义的一种化学修饰，这
是因为它可以很专一性地作用于酶的活性部位。 亲和标记是分步反应，修饰剂先可逆地结合在 酶的活性部位，再不可逆地修饰该部位特定基 团，一般是必需基团，而造成不可逆失活。亲 和标记修饰剂一般是底物类似物，和底物含有 共同的结合于酶的基团。
14
第二节 酶蛋白侧链的化学修饰
1、蛋白质侧链上的功能基主要有:
氨基（N端，赖氨酸，精氨酸）， 巯基（半胱氨酸）， 羧基（天冬氨酸、谷氨酸）， 甲硫基（甲硫氨酸）， 咪唑基（组氨酸）， 吲哚基 胍基
第三章第三节酶的化学修饰ppt课件
9）、二硫键的修饰
2、酶分子表面的化学修饰
利用水溶性大分子与酶结合，使酶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。
水溶性大分子： ＰＥＧ及其衍生物：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。 右旋糖酐及其衍生物：右旋糖苷是由α—葡萄糖通过α—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。 糖肽：糖肽是蛋白酶水解人纤维蛋白或Y一球蛋白所得到的产 物。其分子上具有游离氨基，活化后与酶分子上氨基反应，从 而可修饰酶。 其他天然大分子（肝素、血清白蛋白） 其它合成大分子多聚物：聚N—乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇 （PVA）聚丙烯酸(PAA)饰的定义
通过化学方法对酶分子施行的各种改造和 修饰，以改变酶理化性质及生物活性的方法。
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） 1）增强酶天然构象的稳定性与耐热性 2）保护酶活性部位与抗抑制剂 3）维持酶功能结构的完整性与抗蛋白水解酶 4）消除酶的抗原性及稳定酶的微环境
如：PEG-腺苷脱氨酶、PEG-超氧化物歧化、 PEG-溶血类蛋白、PEG-天门冬酰氨酶、
缺点： 扩散速度受限； 生物活性降低； 选择性不高，稳定性不够理想。
极性氨基酸
1）无电荷的极性氨基酸（共7种）：
丝氨酸(Serine,Ser,S), 苏氨酸(Threonine,Thr,T),
酪氨酸(Tyrosine,Tyr,Y), 半胱氨酸(Cysteine,Cys,C),
天冬酰胺(Asparagine,Asn,N),甘氨酸(Glycine,Gly,G),
酶分子化学修饰原因和应用
定向改造酶分子性质，得到新特性和新 功能的酶。
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。
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。
酶分子修饰PPT课件
方案。
进行修饰实验
根据修饰方案进行实验 操作，实现酶分子的修
饰。
性能评估
对修饰后的酶进行性能 评估，包括稳定性、选 择性、催化效率等方面
的评估。
03
酶分子修饰的应用
酶分子修饰在医药领域的应用
药物设计和改造
疾病诊断和治疗
通过酶分子修饰技术，对药物分子进 行化学结构的改造和优化，提高药物 的疗效、稳定性和选择性。
为了克服现有酶分子修饰技术的局限性，需要不断探索新的修饰方法和策略，提高修饰效 果和特异性。
深入研究酶分子结构和功能关系
深入了解酶分子结构和功能关系，有助于更好地选择修饰位点和设计修饰方案，以实现酶 性能的优化。
开发酶分子修饰的应用实例
加强酶分子修饰在解决实际问题中的应用研究，例如在生物医药、环保、能源等领域的应 用实例开发。
分子，用于解决一些重要的生物学和工业问题。
提高酶的稳定性和催化效率
02
通过酶分子修饰，可以改善酶的稳定性和催化效率，使其在极
端条件下的应用更加广泛。
扩展酶的应用领域
03
随着酶分子修饰技术的发展，酶的应用领域也在不断扩展，例
如在生物医药、环保、能源等领域的应用。
酶分子修饰的未来研究方向
探索新的修饰方法和策略
酶分子修饰的类型
化学修饰
利用化学试剂对酶分子进行修饰 ，改变酶的活性、稳定性等性质 。常见的化学修饰方法包括磷酸 化、糖基化、甲基化等。
生物修饰
利用生物酶对酶分子进行修饰， 改变酶的性质。常见的生物修饰 方法包括蛋白质工程、基因敲除 和突变等。
酶分子修饰的重要性
提高酶的稳定性
通过酶分子修饰可以增加酶的稳 定性，使其在极端环境条件下仍 能保持活性，拓宽了酶的应用范
进行修饰实验
根据修饰方案进行实验 操作，实现酶分子的修
饰。
性能评估
对修饰后的酶进行性能 评估，包括稳定性、选 择性、催化效率等方面
的评估。
03
酶分子修饰的应用
酶分子修饰在医药领域的应用
药物设计和改造
疾病诊断和治疗
通过酶分子修饰技术，对药物分子进 行化学结构的改造和优化，提高药物 的疗效、稳定性和选择性。
为了克服现有酶分子修饰技术的局限性，需要不断探索新的修饰方法和策略，提高修饰效 果和特异性。
深入研究酶分子结构和功能关系
深入了解酶分子结构和功能关系，有助于更好地选择修饰位点和设计修饰方案，以实现酶 性能的优化。
开发酶分子修饰的应用实例
加强酶分子修饰在解决实际问题中的应用研究，例如在生物医药、环保、能源等领域的应 用实例开发。
分子，用于解决一些重要的生物学和工业问题。
提高酶的稳定性和催化效率
02
通过酶分子修饰，可以改善酶的稳定性和催化效率，使其在极
端条件下的应用更加广泛。
扩展酶的应用领域
03
随着酶分子修饰技术的发展，酶的应用领域也在不断扩展，例
如在生物医药、环保、能源等领域的应用。
酶分子修饰的未来研究方向
探索新的修饰方法和策略
酶分子修饰的类型
化学修饰
利用化学试剂对酶分子进行修饰 ，改变酶的活性、稳定性等性质 。常见的化学修饰方法包括磷酸 化、糖基化、甲基化等。
生物修饰
利用生物酶对酶分子进行修饰， 改变酶的性质。常见的生物修饰 方法包括蛋白质工程、基因敲除 和突变等。
酶分子修饰的重要性
提高酶的稳定性
通过酶分子修饰可以增加酶的稳 定性，使其在极端环境条件下仍 能保持活性，拓宽了酶的应用范
第6章酶的分子修饰课件
❖ 分离：需要通过凝胶层析等方法进行分离，将具 有不同修饰度的酶分子分开，从中获得具有较好 修饰效果的修饰酶
（1）三氯均嗪法
❖三氯均嗪环上的氯原子很活泼，容易产生 亲核取代反应。
❖当环上的一个氯原子被取代后，能够稳定 其他的碳-氯键（第一个氯原子在4℃就能 反应，第二个氯原子在25 ℃反应，第三个 氯原子在80℃反应）。
3、糖肽
❖糖肽一般是通过纤维蛋白酶或蛋白水解酶 降解人纤维蛋白或γ-球蛋白而得。
❖糖肽结构上有氨基，经活化后能与酶分子 上氨基反应而产生共价结合。
（1）异氰酸法 （2）戊二醛法
4、具有生物活性的大分子物质
肝素是一种含硫酸酯的黏多糖，由氨基葡萄 糖和两种糖醛酸组成，平均分子量2000左 右。肝素共价交联酶后可增加酶的稳定性， 同时由于肝素在生物体内还具有抗凝血、 抗血栓、降血脂等活性。 ❖羧二亚胺法 ❖溴化氢法 ❖三均嗪法
②酰基化 乙酸酐
丹磺酰氯（DNS）
③还原烷基化
一个常用的特异性修饰赖氨酸氨基的试剂 磷酸吡哆醛
（3）羧基的化学修饰
修饰羧基的反应专一性差，一般选用合适的 R和R’的水溶性碳化二亚胺修饰天冬氨酸 和谷氨酸，属烷基化反应。
①水溶性碳化二亚胺
②酯化 氟硼化三甲基金羊盐（CH3)3OBF4
（4）咪唑基的化学修饰
什么是酶分子修饰？
通过各种方法使酶分子的结构发生某些改 变，从而改变酶的某些特性和功能的技 术过程称为酶分子修饰。
第一节 酶的化学修饰
❖广义：凡涉及共价部分或部分共价的形成 或破坏的转变。
❖狭义：较温和的条件下，以可控的方式是 一种蛋白质同某些化学试剂起特异反应， 从而引起单个氨基酸或其功能基团发生共 价的化学改变。
2、特定氨基酸残基侧链基团的化学修 饰
（1）三氯均嗪法
❖三氯均嗪环上的氯原子很活泼，容易产生 亲核取代反应。
❖当环上的一个氯原子被取代后，能够稳定 其他的碳-氯键（第一个氯原子在4℃就能 反应，第二个氯原子在25 ℃反应，第三个 氯原子在80℃反应）。
3、糖肽
❖糖肽一般是通过纤维蛋白酶或蛋白水解酶 降解人纤维蛋白或γ-球蛋白而得。
❖糖肽结构上有氨基，经活化后能与酶分子 上氨基反应而产生共价结合。
（1）异氰酸法 （2）戊二醛法
4、具有生物活性的大分子物质
肝素是一种含硫酸酯的黏多糖，由氨基葡萄 糖和两种糖醛酸组成，平均分子量2000左 右。肝素共价交联酶后可增加酶的稳定性， 同时由于肝素在生物体内还具有抗凝血、 抗血栓、降血脂等活性。 ❖羧二亚胺法 ❖溴化氢法 ❖三均嗪法
②酰基化 乙酸酐
丹磺酰氯（DNS）
③还原烷基化
一个常用的特异性修饰赖氨酸氨基的试剂 磷酸吡哆醛
（3）羧基的化学修饰
修饰羧基的反应专一性差，一般选用合适的 R和R’的水溶性碳化二亚胺修饰天冬氨酸 和谷氨酸，属烷基化反应。
①水溶性碳化二亚胺
②酯化 氟硼化三甲基金羊盐（CH3)3OBF4
（4）咪唑基的化学修饰
什么是酶分子修饰？
通过各种方法使酶分子的结构发生某些改 变，从而改变酶的某些特性和功能的技 术过程称为酶分子修饰。
第一节 酶的化学修饰
❖广义：凡涉及共价部分或部分共价的形成 或破坏的转变。
❖狭义：较温和的条件下，以可控的方式是 一种蛋白质同某些化学试剂起特异反应， 从而引起单个氨基酸或其功能基团发生共 价的化学改变。
2、特定氨基酸残基侧链基团的化学修 饰
《酶的分子修饰》课件
酶的分子修饰
汇报人：
单击输入目录标题 酶的分子修饰概述 酶的磷酸化修饰 酶的乙酰化修饰 酶的糖基化修饰 酶的甲基化修饰
添加章节标题
酶的分子修饰概述
酶的分子修饰的定义
酶的分子修饰是指酶在生物体内通过化学修饰改变其结构和功能
常见的酶分子修饰包括磷酸化、乙酰化、甲基化、泛素化等
酶分子修饰可以调节酶的活性、稳定性和定位 酶分子修饰在生物体内具有重要的生理功能，如信号传导、细胞周期调 控等
酶的分子修饰的类型
磷酸化修饰：通过磷酸化酶催化，使酶分子上增加或去除磷酸基团 乙酰化修饰：通过乙酰化酶催化，使酶分子上增加或去除乙酰基团 甲基化修饰：通过甲基化酶催化，使酶分子上增加或去除甲基基团 泛素化修饰：通过泛素化酶催化，使酶分子上增加泛素分子
酶的分子修饰的意义
调节酶的活性：通过修饰改变酶的活性，以适应生理和病理条件下的变 化 参与信号传导：酶的修饰可以参与信号传导，影响细胞功能
影响代谢途径：酶的修饰可以影响代谢途径，影响细胞代谢和功能
参与疾病发生：酶的修饰异常可能导致疾病发生，如癌症、糖尿病等
酶的磷酸化修饰
磷酸化修饰的种类
磷酸化修饰的种类：磷酸化修饰可以分为磷酸化、去磷酸化和磷酸化修饰 磷酸化修饰的种类：磷酸化修饰可以分为磷酸化、去磷酸化和磷酸化修饰 磷酸化修饰的种类：磷酸化修饰可以分为磷酸化、去磷酸化和磷酸化修饰 磷酸化修饰的种类：磷酸化修饰可以分为磷酸化、去磷酸化和磷酸化修饰
磷酸化修饰的酶
磷酸化酶：催化磷酸化反应的酶 磷酸酶：催化去磷酸化反应的酶 磷酸化修饰的酶：在酶分子上引入或去除磷酸基团的酶 磷酸化修饰的作用：调节酶的活性、定位和稳定性
磷酸化修饰的作用
调节酶的活性：磷 酸化修饰可以改变 酶的活性，从而影 响生物体的代谢过 程
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酶的分子修饰概述
酶的分子修饰的定义
酶的分子修饰是指酶在生物体内通过化学修饰改变其结构和功能
常见的酶分子修饰包括磷酸化、乙酰化、甲基化、泛素化等
酶分子修饰可以调节酶的活性、稳定性和定位 酶分子修饰在生物体内具有重要的生理功能，如信号传导、细胞周期调 控等
酶的分子修饰的类型
磷酸化修饰：通过磷酸化酶催化，使酶分子上增加或去除磷酸基团 乙酰化修饰：通过乙酰化酶催化，使酶分子上增加或去除乙酰基团 甲基化修饰：通过甲基化酶催化，使酶分子上增加或去除甲基基团 泛素化修饰：通过泛素化酶催化，使酶分子上增加泛素分子
酶的分子修饰的意义
调节酶的活性：通过修饰改变酶的活性，以适应生理和病理条件下的变 化 参与信号传导：酶的修饰可以参与信号传导，影响细胞功能
影响代谢途径：酶的修饰可以影响代谢途径，影响细胞代谢和功能
参与疾病发生：酶的修饰异常可能导致疾病发生，如癌症、糖尿病等
酶的磷酸化修饰
磷酸化修饰的种类
磷酸化修饰的种类：磷酸化修饰可以分为磷酸化、去磷酸化和磷酸化修饰 磷酸化修饰的种类：磷酸化修饰可以分为磷酸化、去磷酸化和磷酸化修饰 磷酸化修饰的种类：磷酸化修饰可以分为磷酸化、去磷酸化和磷酸化修饰 磷酸化修饰的种类：磷酸化修饰可以分为磷酸化、去磷酸化和磷酸化修饰
磷酸化修饰的酶
磷酸化酶：催化磷酸化反应的酶 磷酸酶：催化去磷酸化反应的酶 磷酸化修饰的酶：在酶分子上引入或去除磷酸基团的酶 磷酸化修饰的作用：调节酶的活性、定位和稳定性
磷酸化修饰的作用
调节酶的活性：磷 酸化修饰可以改变 酶的活性，从而影 响生物体的代谢过 程
酶分子化学修饰(1)
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（二）小分子修饰 （酶蛋白侧链基团修饰） 1 概念 •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。
（heparin）、蔗糖聚合物（Ficoll）等。 修饰方法：修饰前活化，然后在一定条件下与酶
分子共价结合。
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3
3. 应用： 如：PEG－超氧化物歧化酶（SOD）
PEG－溶血类蛋白质（链激酶、尿激酶等） PEG－天门冬酰胺酶（ASNase） • 消除了抗原性 • 延长了酶在体内的半衰期 又如：用Dextran 右旋糖酐 修饰-淀粉酶，－淀粉酶，胰 蛋白酶、过氧化氢酶，提高了酶的热稳定性。
为修饰剂）。
（与前面化学蛋白的肽链被水解后，可能出现以下三种情况中 的一种：
1 引起酶活性中心的破坏，酶失去催化功能。 2 仍维持活性中心的完整构象，保持酶活力。 3 有利于活性中心与底物结合并形成准确的催化 部位，酶活力提高。 后两种情况，肽链的水解在限定的肽键上进行， 称肽链有限水解。
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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。
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（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
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1. 非极性R基氨基酸（共8种）：
丙氨酸(Alanine,Ala,A), 亮氨酸(Leucine,Leu, L), 缬氨酸(Valine,Val,V)), 异亮氨酸(Isoleucine,Ile,I), 苯丙氨酸(Phenylalanine,Phe,F), 色氨酸(Tryptophan,Trp,W), 甲硫氨酸(Methionine,Met,M), 脯氨酸(Proline,Pro,P)
10
酶蛋白的肽链被水解后，可能出现以下三种情况 中的一种： 1 引起酶活性中心的破坏，酶失去催化功能。 2 仍维持活性中心的完整构象，保持酶活力。 3 有利于活性中心与底物结合并形成准确的催化部 位，酶活力提高。
后两种情况，肽链的水解在限定的肽键上进行， 称肽链有限水解。
11
12
b、胰蛋白酶原（trypsinogen）的激活
对酶分子进行修饰必须在修饰原理、修饰剂和反应条件的 选择以及酶学性质等方面都要有足够的了解。
（1）酶的稳定性 热稳定性、酸碱稳定性、作用温度、pH、抑制剂等。
（2）酶活性中心的状况 活性中心基团、辅因子等。其他如分子大小、性状、 亚基数等。
8
酶分子修饰的条件
修饰反应尽可能在酶稳定条件下进行，并尽量不破坏 酶活性功能的必需基团，使修饰率高，同时酶的活力 回收高。 （1）pH与离子强度 pH决定了酶蛋白分子中反应基团的解离状态。由 于它们的解离状态不同，反应性能也不同。 （2）修饰反应的温度与时间 严格控制温度和时间可以减少以至消除一些非专 一性的修饰反应。 （3）反应体系中酶与修饰剂的比例
13
14
c、胰凝乳蛋白酶原（chymotrypsinogen）的激活
15
8.3 酶分子的侧链基团修饰
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，从而改变酶分 子的特性和功能的修饰方法。
可以用于研究各种基团在酶分子中的作用及其对 酶的结构、特性和功能的影响。在研究酶的活性 中心中的必需基团时经常采用。
2
8.1 酶分子化学修饰的基本原理
通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变，从而改 变酶的某些特性和功能的技术过程称为酶分子修饰。 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。
3
1、如何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。
19
3.带正电荷的极性R基氨基酸（共3种）：
赖氨酸(Lysine,Lys,K), 精氨酸(Arginine,Arg,R), 组氨酸(Histidine,His,H)
4.带负电荷的极性R基氨基酸（共2种）：
天冬氨酸(Aspartic acid,Asp,D), 谷氨酸(Glutamic acid,Glu,E)
2. 酶分子上许多敏感基团交联上修饰剂后，减 少了受蛋白水解酶破坏的可能性。
5
四、如何消除酶的抗原性及稳定酶的微环境
1. 酶蛋白氨基酸组成的抗原决定簇，与修饰剂形成 了共价键。
破坏了抗原决定簇——抗原性降低乃至消除 “遮盖”了抗原决定簇——阻碍抗原、抗体结合 2. 大分子修饰剂本身是多聚电荷体，能在酶分子表 面形成“缓冲外壳”，抵御外界环境的极性变化，维 持酶活性部位微环境相对稳定。
9
8.3 肽链有限水解
利用酶分子主链的切断和连接，使酶分子的化学结构及其空间结构 发生某些改变，从而改变酶的特性和功能的方法。
酶蛋白主链修饰主要是靠酶切/酶原激活法。 a、胃蛋白酶原的激活
胃 蛋 白 酶 原 HCl 胃 蛋 白 酶 （ 从 N端 失 去 44个 氨 基 酸 残 基 ） pH 1.5～ 2 自 身 激 活
催化活性/非催化活性基团的修饰
对非催化基团修饰可改变酶的动力学性质，改变酶对 特殊底物的束缚能力。
经常被修饰的残基是： 亲核的Ser、Cys、Met、Thr、Lys、His 亲电的Tyr、Trp
对催化活性基团可以通过选择性修饰侧链成分来实现 氨基酸的取代。
17
根据氨基酸侧链R基的极性，20种氨基酸可分成4类。
20
2、如何保护酶活性部位与抗抑制剂 大分子修饰剂与酶结合后，产生的空间障碍或 静电斥力阻挡抑制剂，“遮盖”了酶的活性 部位。
4
三、如水解酶：
1. 大分子修饰剂产生空间障碍阻挡蛋白水解酶 接近酶分子。“遮盖”酶分子上敏感键免遭 破坏。
Chapter 8 Modification of Enzyme Molecule
酶分子的化学修饰
1
Contents of chapter 8
Go 1、酶分子化学修饰的基本原理 Go 2、酶分子化学修饰的方法学 Go 3、肽链有限水解修饰 Go 4、酶分子的侧链基团修饰 Go 5、大分子的结合修饰 Go 6、亲和标记
酶蛋白的侧链基团是指组成蛋白质的氨基酸残基 上的功能团。主要包括氨基、羧基、巯基、胍基、 酚基等。这些基团可以形成各种副键，对酶蛋白 空间结构的形成和稳定有重要作用。侧链基团一 旦改变将引起酶蛋白空间构象的改变，从而改变 酶的特性和功能。
20种不同氨基酸侧链基团中只有极性氨基酸侧链
16
易被修饰，它们一般具有亲核性。
6
酶分子修饰的意义
提高酶的活力 activity 增强酶的稳定性 stability 降低或消除酶的抗原性 immunological property 研究和了解酶分子中主链、侧链、组成单位、金属离子
和各种物理因素对酶分子空间构象的影响 structure
7
8.2 酶分子化学修饰的方法学
18
2. 无电荷的极性R基氨基酸（共7种）：
丝氨酸(Serine,Ser,S), 苏氨酸(Threonine,Thr,T), 酪氨酸(Tyrosine,Tyr,Y), 半胱氨酸(Cysteine,Cys,C), 天冬酰胺(Asparagine,Asn,N), 甘氨酸(Glycine,Gly,G), 谷氨酰胺(Glutamine,Gln,Q)
丙氨酸(Alanine,Ala,A), 亮氨酸(Leucine,Leu, L), 缬氨酸(Valine,Val,V)), 异亮氨酸(Isoleucine,Ile,I), 苯丙氨酸(Phenylalanine,Phe,F), 色氨酸(Tryptophan,Trp,W), 甲硫氨酸(Methionine,Met,M), 脯氨酸(Proline,Pro,P)
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酶蛋白的肽链被水解后，可能出现以下三种情况 中的一种： 1 引起酶活性中心的破坏，酶失去催化功能。 2 仍维持活性中心的完整构象，保持酶活力。 3 有利于活性中心与底物结合并形成准确的催化部 位，酶活力提高。
后两种情况，肽链的水解在限定的肽键上进行， 称肽链有限水解。
11
12
b、胰蛋白酶原（trypsinogen）的激活
对酶分子进行修饰必须在修饰原理、修饰剂和反应条件的 选择以及酶学性质等方面都要有足够的了解。
（1）酶的稳定性 热稳定性、酸碱稳定性、作用温度、pH、抑制剂等。
（2）酶活性中心的状况 活性中心基团、辅因子等。其他如分子大小、性状、 亚基数等。
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酶分子修饰的条件
修饰反应尽可能在酶稳定条件下进行，并尽量不破坏 酶活性功能的必需基团，使修饰率高，同时酶的活力 回收高。 （1）pH与离子强度 pH决定了酶蛋白分子中反应基团的解离状态。由 于它们的解离状态不同，反应性能也不同。 （2）修饰反应的温度与时间 严格控制温度和时间可以减少以至消除一些非专 一性的修饰反应。 （3）反应体系中酶与修饰剂的比例
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c、胰凝乳蛋白酶原（chymotrypsinogen）的激活
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8.3 酶分子的侧链基团修饰
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，从而改变酶分 子的特性和功能的修饰方法。
可以用于研究各种基团在酶分子中的作用及其对 酶的结构、特性和功能的影响。在研究酶的活性 中心中的必需基团时经常采用。
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8.1 酶分子化学修饰的基本原理
通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变，从而改 变酶的某些特性和功能的技术过程称为酶分子修饰。 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。
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1、如何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。
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3.带正电荷的极性R基氨基酸（共3种）：
赖氨酸(Lysine,Lys,K), 精氨酸(Arginine,Arg,R), 组氨酸(Histidine,His,H)
4.带负电荷的极性R基氨基酸（共2种）：
天冬氨酸(Aspartic acid,Asp,D), 谷氨酸(Glutamic acid,Glu,E)
2. 酶分子上许多敏感基团交联上修饰剂后，减 少了受蛋白水解酶破坏的可能性。
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四、如何消除酶的抗原性及稳定酶的微环境
1. 酶蛋白氨基酸组成的抗原决定簇，与修饰剂形成 了共价键。
破坏了抗原决定簇——抗原性降低乃至消除 “遮盖”了抗原决定簇——阻碍抗原、抗体结合 2. 大分子修饰剂本身是多聚电荷体，能在酶分子表 面形成“缓冲外壳”，抵御外界环境的极性变化，维 持酶活性部位微环境相对稳定。
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8.3 肽链有限水解
利用酶分子主链的切断和连接，使酶分子的化学结构及其空间结构 发生某些改变，从而改变酶的特性和功能的方法。
酶蛋白主链修饰主要是靠酶切/酶原激活法。 a、胃蛋白酶原的激活
胃 蛋 白 酶 原 HCl 胃 蛋 白 酶 （ 从 N端 失 去 44个 氨 基 酸 残 基 ） pH 1.5～ 2 自 身 激 活
催化活性/非催化活性基团的修饰
对非催化基团修饰可改变酶的动力学性质，改变酶对 特殊底物的束缚能力。
经常被修饰的残基是： 亲核的Ser、Cys、Met、Thr、Lys、His 亲电的Tyr、Trp
对催化活性基团可以通过选择性修饰侧链成分来实现 氨基酸的取代。
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根据氨基酸侧链R基的极性，20种氨基酸可分成4类。
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2、如何保护酶活性部位与抗抑制剂 大分子修饰剂与酶结合后，产生的空间障碍或 静电斥力阻挡抑制剂，“遮盖”了酶的活性 部位。
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三、如水解酶：
1. 大分子修饰剂产生空间障碍阻挡蛋白水解酶 接近酶分子。“遮盖”酶分子上敏感键免遭 破坏。
Chapter 8 Modification of Enzyme Molecule
酶分子的化学修饰
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Contents of chapter 8
Go 1、酶分子化学修饰的基本原理 Go 2、酶分子化学修饰的方法学 Go 3、肽链有限水解修饰 Go 4、酶分子的侧链基团修饰 Go 5、大分子的结合修饰 Go 6、亲和标记
酶蛋白的侧链基团是指组成蛋白质的氨基酸残基 上的功能团。主要包括氨基、羧基、巯基、胍基、 酚基等。这些基团可以形成各种副键，对酶蛋白 空间结构的形成和稳定有重要作用。侧链基团一 旦改变将引起酶蛋白空间构象的改变，从而改变 酶的特性和功能。
20种不同氨基酸侧链基团中只有极性氨基酸侧链
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易被修饰，它们一般具有亲核性。
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酶分子修饰的意义
提高酶的活力 activity 增强酶的稳定性 stability 降低或消除酶的抗原性 immunological property 研究和了解酶分子中主链、侧链、组成单位、金属离子
和各种物理因素对酶分子空间构象的影响 structure
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8.2 酶分子化学修饰的方法学
18
2. 无电荷的极性R基氨基酸（共7种）：
丝氨酸(Serine,Ser,S), 苏氨酸(Threonine,Thr,T), 酪氨酸(Tyrosine,Tyr,Y), 半胱氨酸(Cysteine,Cys,C), 天冬酰胺(Asparagine,Asn,N), 甘氨酸(Glycine,Gly,G), 谷氨酰胺(Glutamine,Gln,Q)