酶的化学修饰专题(最有用)

四、酶修饰方法
• 金属离子置换修饰 • 大分子结合修饰 • 肽链有限水解修饰 • 酶蛋白侧链基团修饰（选择性化学修饰） • 氨基酸置换修饰 • 物理修饰
• 金属离子置换修饰：
通过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。 针对含有金属离子的酶，加进不同的离子，酶 呈现不同的活性。 常用的离子：Ca2+、Mg2+、Mn2+、Zn2+、 Co2+、Cu2+、Fe2+ 选择适宜的离子作为修饰剂，置换原来的离子。
三、酶化学修饰的基本原理
1． 如何增强酶天然构象的稳定性与耐热性 2． 如何保护酶活性部位与抗抑制剂 3． 如何维持酶功能结构的完整性与抗蛋白水 解酶 4． 如何消除酶的抗原性及稳定酶的微环境
第一节总结
化学修饰原因
稳定性不够，不能适应大量生产的需要。 作用的最适条件不符。 酶的主要动力学性质的不适应。 临床应用的特殊要求。 核酸水平 蛋白质水平 如何增强酶天然构象的稳定性与耐热性 如何保护酶活性部位与抗抑制剂 如何维持酶功能结构的完整性与抗蛋白水解酶 如何消除酶的抗原性及稳定酶的微环境
• 巯基修饰剂：二硫苏糖醇、巯基乙醇、硫代硫酸盐、
• 酚基修饰剂：四硝基甲烷 • 分子内交联剂：双功能化合物:二氨基丁烷、戊
二醛、己二胺等
硼氢化钠等酰化剂、烷化剂
• 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， 则会引起酶蛋白空间构象的某些改变，从而改变 酶的某些特性和功能。 通过氨基酸置换修饰，可以提高酶活力或增 强酶的稳定性，更有利于酶的应用。
• 三、蛋白质化学修饰的局限性 1. 某种修饰剂对某一氨基酸侧链的化学修饰 专一性是相对的，很少有对某一氨基酸侧 链绝对专一的修饰剂。
2.修饰酶的构象或多或少都有一些改变，这 种构象的变化妨碍对修饰结果的解释。
• 3.酶的化学修饰只能在具有极性的氨基酸残 基上进行，其它氨基酸侧链在维持酶的空 间构象方面也有重要作用，目前还不能用 化学修饰得的方法研究这些氨基酸残基在 酶结构与功能关系中的作用。 • 4.酶的化学修饰法研究酶结构与功能的关系 尚缺乏准确性和系统性。
第二节总结
修饰剂的要求 酶性质的了解 反应条件的选择
酶修饰方法
第三节 酶分子侧链基团的化学修饰
一、几种重要的修饰反应 二、特定氨基酸残基侧链基团的化学修饰 三、 研究新热点
一、几种重要的修饰反应
1．酰化及其相关反应
2．烷基化反应
3．氧化和还原反应
4．芳香环取代反应
二、 特定 氨基 酸残 基侧 链基 团的 化学 修饰
• 肽链有限水解修饰：
利用肽链的有限水解，使酶的空间结构发生 某些精细改变，从而改变酶的特性和功能的方法。 酶蛋白的肽链被水解后有3种情况： 引起酶活性中心的破坏，失去催化功能； 仍维持活性中心构象的完整，活力保持或损 失不多； 有利于活性中心与底物的结合，并形成准确 的催化部位，酶活力显著提高。 常用的水解修饰剂：专一性较强的蛋白酶或 肽酶。
三、 反应条件的选择
• 条件要求：修饰反应能顺利进行；不造成蛋 白质不可逆变性；有利于专一性修饰蛋白质 • 1． 反应体系中酶与修饰剂的分子比例 • 2． 反应体系的溶剂性质，盐浓度和pH条件 • 3． 反应温度及时间
实现修饰专一性的几条途径： 利用蛋白质分子中某些基团的特殊性 选择不同的反应pH 利用某些产物的不稳定性 亲和标记 差别标记 利用蛋白质状态的差异
• 酶蛋白侧链基团修饰:
组成蛋白质的氨基酸残基上的功能团：氨基、 羧基、巯基、咪唑基、吲哚基、酚羟基、胍基、 甲硫基等 可以使用各种小分子物质，也可使用大分子 物质。 水溶性大分子 水不溶性大分子属于酶的固定化
• 常见的小分子侧链基团修饰剂： • 氨基修饰剂：二硝基氟笨、醋酸酐、琥珀酸酐、
二硫化碳、亚硝酸、乙亚胺甲酯、甲基异脲、顺 丁烯二酸酐； • 羧基修饰剂：酯化：乙醇-盐酸试剂、 酰基化： 碳化二亚胺、异恶唑盐、 • 胍基修饰剂：二羰基化合物：环己二酮、乙二 醛、苯乙二醛
• 蛋白质工程
通过改造与蛋白质相对应的基因的碱基排列顺序，或 设计合成新的基因，将他克隆到寄主细胞中，通过基因表 达而获得具有新的特性的蛋白质的技术过程。 主要步骤如下： 新蛋白质结构的设计 突变基因的核苷酸序列的确定 突变基因的获得 新蛋白质的产生
• 物理修饰：
通过各种物理方法，使酶分子的空间构象发 生某些改变，从而改变酶的特性和功能的方法。 特点：不改变酶的组分和基团，酶分子中的 共价键不发生改变，某些副键发生改变和重排。 高压处理 在变性剂处理后，不同温度处理恢复
一、 酶的化学修饰原因
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 3． 酶的主要动力学性质的不适应 4． 临床应用的特殊要求
二、 酶修饰的方向
• 1． 核酸水平利用基因操作技术对DNA 或
mRNA 进行改造或修饰，以期获得化学结构（一 级结构和空间结构）更为合理的酶。 • 2． 蛋白质水平人们用化学法或酶法对酶的一 级结构进行改造，包括酶的一级结构中氨基酸的 置换，包括用酶将肽链切断或部分切除，使酶的 空间构象变得更为稳定。另一方面是对酶分子中 氨基酸残基的修饰，即酶的化学修饰。
• RNA酶的侧连基团：指组成RNA的核苷酸残基 上的功能团。主要是核糖2’-位置上的羟基和嘌呤、嘧 啶碱基上的氨基和羟基。
第三节总结
• 重要的修饰反应
酰化及其相关反应 烷基化反应 氧化和还原反应 芳香环取代反应 巯基的化学修饰 氨基的化学修饰 羧基的化学修饰 咪唑基的化学修饰 胍基的化学修饰 二硫基的化学修饰
用于修饰酶活性部位的氨基酸残基的试 剂应具有的特征：
选择性的与一个氨基酸残基反应； 反应在酶蛋白不变性的条件下进行； 标记的残基在肽中稳定，容易分离并鉴定； 反应的程度能用简单的技术测定。
二、 酶性质的了解
• 1． 酶活性部位情况 • 2． 酶的稳定条件、酶反应最适条件 • 3． 酶分子侧链基团的化学性质及反应活泼 性等。
修饰方法 (1)加入一定量的乙二胺四乙酸（EDTA）等金属螯合物到酶 液中，使酶分子中的金属离子与EDTA 形成螯合物，此时 酶成为无活性状态。 (2)通过透析或超滤、分子筛层析等方法，可将EDTA-金属螯 合物从酶液中分离除去。 (3)用不同的金属离子加入到酶液中，酶蛋白与金属离子结合。 (4)测活，选择适宜的金属离子作为修饰剂，去置换原来的金 属离子，就有可能提高酶活力，增加酶稳定性。 例如：将锌型蛋白酶的Zn2+除去，然后用Ca2+置换成钙型 蛋白酶，则酶活力可提高20-30%。若将钙型蛋白酶制成 结晶，则其酶活力比锌型蛋白酶结晶的酶活力提高2-3 倍。
酶的化学修饰
• • • • 第一节 第二节 第三节 第四节 概念 酶化学修饰的方法及修饰剂 酶分子侧链基团的化学修饰 酶化学修饰的应用
第一节 概念
• 概念：
通过各种方法使酶分子结构发生某些改变， 从而改变酶的某些特性和功能的过程。 凡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。
• 特定氨基酸残基 侧链基团的化学 修饰
第四节 酶化学修饰的应用
• 一、修饰酶的性质及特点 酶修饰的目的 提高生物活性 增强在不良环境中的稳定性 针对特异性反应降低生物识别能力，解 除免疫原性 产生新的催化能力
• 修饰酶的性质及特点 • 一、热稳定性：增加 • 1．修饰剂与酶多点交联，固定了酶的分子构象，增强了酶的 热稳定性。 • 2．增强酶天然构象的稳定性减少了酶热失活。 • 二、抗原性：部分可消除。PEG、人血清白蛋白在消除酶抗原 性上效果明显。 • 三、体内半衰期：延长 • 四、最适pH：有些酶经过化学修饰后，最适pH 发生变化 • 五、酶学性质的改变：绝大多数酶经过修饰后，最大反应速度 没有改变，但有些酶在修饰后，米氏常数会增大。 • 六、对组织的分布能力变化：对组织的分布能力有所改变，能 在血液中被靶器官选择性地吸收。举例：辣根过氧化物酶。
1．巯基的化学修饰
• 巯基具有很强的亲核性，采用巯基化学修饰剂与酶蛋 白侧链上的巯基结合，使巯基发生改变，从而改变酶 的空间构象、特性和功能。 • 常用：烷基化剂、酰化基、马来酰亚胺
2． 氨基 的化 学修 饰
3． 羧基 的化 学修 饰
4． 咪唑 基的 化学 修饰
5． 胍基 的化 学修 饰
三、研究热点-核酸类酶的修饰
• 二、酶化学修饰的应用
1.生物技术领域
改变酶最适pH 改变酶底物专一性 有机溶剂可溶解酶 提高酶耐热、酸、碱、有机溶剂的能力
• 2.理论研究 酶的大小形态和构象、空间结构研究 氨基酸数量的测定 确定酶的活性部位 氨基酸测序 氨基酸残基存在状态及功能测定 酶中特定基团间距离测定
• 3.医药领域 解除医用酶免疫源性和抗原性 延长医用酶体内半衰期 提高医用酶稳定性
• 大分子结合修饰：
利用水溶性大分子与酶结合，使酶的空间结 构发生某些精细改变，从而改变酶的特性和功能 的方法。目前使用最广的酶分子修饰方法。 常用的水溶性大分子修饰剂： 右旋糖酐、聚乙二醇、肝素、蔗糖聚合物 （Ficoll）、聚氨基酸等 使用前，一般需经活化，然后在一定条件下 与酶分子以共价键结合。
ຫໍສະໝຸດ Baidu酶修饰的方向
基本原理
第二节 酶化学修饰的方法及修饰剂
• 一、修饰剂的要求 • 二、 酶性质的了解 • 三、 反应条件的选择 • 四、 酶修饰方法
一、修饰剂的要求
• 根据修饰目的及其专一性 • 1． 修饰剂的分子量、修饰剂链的长度对蛋 白质的吸附性 • 2． 修饰剂上反应基团的数目及位置 • 3． 修饰剂上反应基团的活化方法与条件