酶的化学修饰

酶化学修饰的基本原理
5．稳定酶的微环境 由于酶分子各基团的极性和带电荷的不同，
以及各基团间相互作用的结果，使酶分子的局部 形成了一种微环境。这种微环境可以是极性的， 也可以是非极性的，但都直接影响着酶活性部位 氨基酸残基的电离状态，酶微环境的改变会对酶 的催化功能产生直接的影响。
酶经过化学修饰后，除能稳定酶的构象外， 还由于大分子修饰剂本身就是多聚电荷体，可在 酶分子表面形成一层“缓冲外壳”，在一定程度 上保护酶的微环境，使酶能在更广泛的条件下发 挥作用。
酶化学修饰的基本原理
4．降低酶的抗原性 酶分子中有些氨基酸残基组成了抗原决定簇
，当外源蛋白进入人体后就会诱发产生抗体，抗 原抗体反应不仅会使酶失活，而且会对人体造成 伤害和危险。通过化学修饰，有些组成抗原决定 簇的基团与修饰剂形成了共价键，破坏了抗原决 定簇的结构，使酶分子的抗原性降低甚至消除。 大分子修饰剂也有“遮盖”抗原决定簇和阻止抗 原抗体结合的作用。
酶化学修饰的基本原理
3．抗蛋白水解酶 酶分子的基本结构是蛋白质，所以易受蛋
白酶的攻击而遭破坏。蛋白酶一般是作用于某 些特定氨基酸残基之间的酰胺键，修饰这些氨 基酸残基，可以阻止蛋白酶对这些酰胺键的攻 击。另外，交联于酶分子上的大分子修饰剂能 产生空间障碍，阻止蛋白酶接近攻击点，起到 “遮盖”敏感键的作用。
b. 对酶性质的了解 应了解被修饰酶的活性部位情况，活性部位由
哪些氨基酸残基组成。酶的稳定条件，酶反应的最 适条件，有哪些侧链基团可供修饰，及这些基团的 化学性质和反应活泼性等。
设计酶化学修饰方法时 的注意事项
c. 修饰反应条件的选择 修饰反应一般总是尽可能在酶稳定的条件下
进行，尽量少破坏酶活性功能的必需基团，得到 高的修饰率和高的酶活回收率。应做无修饰剂的 对照 。因此，选择反应条件时要注意酶与修饰 剂分子的比例，反应体系的溶剂性质、盐浓度和 pH，反应温度和反应时间。修饰反应的最适条 件一般要经大量的试验才能确定。
酶化学修饰的基本原理
2．抗抑制剂 酶活性抑制剂是通过直接结合于酶的活性
部位来阻止酶与底物的结合，或是结合于酶的 其它部位后，影响了酶活性部位将底物转变成 产物。因此，阻止抑制剂与酶的结合是防止酶 活性被抑制的关键。酶经过化学修饰交联上大 分子修饰剂后，大分子修饰剂产生的空间障碍 或静电斥力就可能有效地阻挡抑制剂与酶的结 合，使酶抗抑制剂的能力增强。
三、酶化学修饰方法的设计
酶化学修饰的基本原则都是充分利用修 饰剂所具有的各类化学基团的特性，直接或 经过一定的活化过程后与酶分子上的某种氨 基酸残基产生化学反应。
设计酶化学修饰方法时 的注意事项
a. 对修饰剂的要求 在选择修饰剂时一般要求修饰剂有较大的分子
量，良好的生物相容性和水溶性，修饰剂分子表面 有较多的反应活性基团，与氨基酸残基形成的共价 键稳定，容易鉴定 。
四、修饰剂及修饰反应
1．糖及糖的衍生物
（1）右旋糖酐及右旋糖酐硫酸酯 右旋糖酐是由α -葡萄糖通过α -1,6-糖苷键形
成的高分子多糖，具有较好的水溶性和生物相容性， 可用作代血浆。右旋糖酐硫酸酯是右旋糖酐分子中 的羟基与硫酸成酯而得。多糖链上的双羟基结构经 活化后可与酶分子上的自由氨基结合。双羟基的活 化除溴化氰法外，还有高碘酸氧化法。高碘酸能通 过氧化邻双羟基结构而将葡萄糖环打开，形成的高 活性醛基与酶分子上的氨基反应，使右旋糖酐和酶 共价结合。
高碘酸氧化法
由于反应产物A不稳定，所以用四氢硼钠还原成稳定产物B。用四氢硼钠还原 的反应比较激烈，对酶活性影响较大，因此可在酶与右旋糖酐之间加一个手臂来 减少酶的失活，如加一个联苯胺。
一、为什么要对酶进行 化学修饰
虽然酶催化化学反应有专一性强、效率高、 条件温和等优点，但也有一些严重的缺点，正 是这些缺点使得酶的应用受到很大的限制，酶 的用途还不够广泛，大规模使用酶的工业生产 还很少。
酶应用的缺点
a. 稳定性：酶是由细胞产生的生物活性大分子， 一旦离开细胞这个特殊的环境，常常显得不够稳 定，容易变性失活。
酶应用的缺点
d. 临床应用的特殊要求：当前临床应用的大多数 酶来自动物、植物和微生物，对人体来说这些酶 都是外源蛋白质，它们具有抗原性，有可能引起 人体的过敏反应。这不但影响临床上的连续使用， 还可能导致生命危险。另外，酶进入人体后也常 会因一些蛋白酶、抑制剂或抗体的作用而失去活 性，特别是当酶进入人体后不能迅速到达或集中 于病灶时，这种情况尤为明显。
酶改造的两个水平
基因水平：有目的的改变基因中的核苷酸顺序， 从而改变酶的氨基酸顺序，以期获得化学结构更 为合理的酶蛋白。这是蛋白质工程的研究内容。
蛋白质水平：人们用化学法或酶法对已合成的酶 的结构进行改造，一方面是切除部分肽链和置换 某些氨基酸，另一方面是使酶分子中的某些氨基 酸残基与一些化学试剂反应，加上一些特定的基 团，即酶的化学修饰。由于后一方面技术较为简 单，容易见效，所以这方面的工作做得最多。
b. 催化反应时的条件：一般酶反应是在pH基本 接近中性，温度接近室温的水溶液中进行的。但 在工业应用上，由于底物和产物带来的影响，反 应时的pH常常不在中性范围内。温度升高有利 于提高反应速度，但酶失活也加快。当底物不溶 于水时，酶难以发挥作用。
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c. 酶的主要动力学性质不适应：米氏常数(Km) 值过大时，反应不能在低底物浓度下高速进行。 由于人体内各种代谢物质的浓度通常较低，Km 值过大的酶用于临床检测和治疗时，往往不能 得到良好的效果。有些底物或产物对酶活性有 抑制作用，也会影响酶反应的速度。
二、酶化学修饰的基本原理
1．提高酶的热稳定性 高度有序的天然构象是酶表现活性的必要条件，
天然构象是在酶分子内各种次级键（氢键、离子键、 范德华力）的作用下维持的。当温度升高时，有些次 级键遭到了破坏，原先平衡的力失去了平衡，导致分 子的构象发生变化，并可能产生一些新的次级键，形 成有序度降低的新构象，使酶变性失活。通过酶与化 学修饰剂的反应，有可能使酶的天然构象产生“刚性 ”，不易发生变化，同时减少分子内基团的热振动， 从而增强了酶的热稳定性。