酶分子修饰PPT

(4) 酶蛋白主链修饰(肽链有限水解修饰)
酶蛋白的肽链被水解后，可能出现以下3种情况：
（1）若肽链水解后引起酶活性中心的破坏，则酶将失去其催化 功能。
（2）若将肽链的一部分水解后，仍可维持其活性中心的完整构 象，则酶的活力仍可保持或损失不多；但是其抗原性等特性将 发生改变。
（3）肽链部分水解后，有利于活性中心与底物的结合并且形成 准确的催化部位的话，则酶可显示出其催化功能或使酶活力提 高。
酶
天然SOD
右旋糖酐-SOD Ficoll(低分子量)–SOD Ficoll(高分子量)–SOD 聚乙二醇-SOD
半衰期
6 min
7h 14 h 24 h 35 h
相对稳定性
1
70 140 240 350
(3) 酶分子的侧链基团修饰
• 采用一定的方法（一般为化学法）使酶蛋白的侧链基团发生 改变，从而改变酶分子的特性和功能的修饰方法，称为侧链 基团修饰。
Chapter 6 Modification of Enzyme Molecule
第五章 酶的分子修饰
6.1 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 而改变酶的催化特性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。
(2) 酶的大分子修饰
采用水溶性大分子与酶的侧链基团共价结合，使 酶分子的空间构象发生改变,从而改变酶的催化特 性的方法。
目的： • 提高酶催化效率 • 增强稳定性 • 降低或消除酶蛋白的抗原性
大分子修饰(共价)的过程
修饰剂的选择 修饰剂的活化
修饰 分离
• 聚乙二醇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，使其末端活化后可以与 酶产生交联，因而，它被广泛用于酶的修饰。
• 含双功能基团的化合物（双功能试剂）与酶蛋白分子 中相距较近的两个侧链基团之间形成共价交联，从而 提高酶的稳定性的修饰方法。
• 如：戊二醛、已二胺、葡聚糖二乙醛
戊二醛两端都含有醛基，可以与酶分子中的氨基反应形成 酰胺键或者与羟基反应形成酯键。
己二胺两端都含有氨基，可以与酶分子中的羧基反应形成酰胺 键。
• 置换修饰的目的： – 阐明金属离子对酶催化作用的影响 – 提高酶的催化效率 – 增强酶的稳定性 – 改变酶的动力学特征
金属离子置换修饰的过程
a. 酶的分离纯化 b. 除去原有的金属离子 c. 加入置换离子
金属离子置换修饰只适用于那些在分子结构中 本来含有金属离子的酶。 用于金属离子置换修饰的金属离子，一般都是 二价金属离子。
• 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。
半胱氨酸残基的侧链含有巯基，多为活性中 心，还可形成二硫键，有重要作用。
烷基化试剂修饰：
Ⅳ、基它修饰
• 胍基修饰：精氨酸侧链，二羰基化合物与之生成稳定杂 环
• 咪唑基修饰：组氨酸侧锭，酶活性中心的必需基团。
Байду номын сангаас
• 酚基修饰：酪氨酸残基
• 吲哚基修饰：色氨酸修饰，疏水性强，位于分子 内部，难修饰。
Ⅴ、分子内交联修饰
肽链的有限水解： 在肽链限定位点进行水解，使酶的空间结构
发生某些精细的改变，从而改变酶的特性和功能 的方法。
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
b、胰蛋白酶原（trypsinogen）的激活
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 • 改变底物的专一性substrate specificity • 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
• 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。
Ⅰ、氨基修饰
凡能使侧链氨基发生改变的化合物称为氨基修 饰剂，作用于侧链的氨基发生脱氨基作用或与氨基 共价结合将其屏蔽。
脱氨基作用：
共价结合：
Ⅱ、羧基修饰
修饰剂与酶蛋白侧链的羧基进行酯化、酰基化 等反应，使构象特性发生变化。
例：
Ⅲ、巯基修饰
– （3）反应体系中酶与修饰剂的比例
6.3 酶分子的修饰方法
• 金属离子置换修饰, • 大分子结合修饰(共价/非共价) • 侧链基团修饰 • 肽链有限水解修饰 • 氨基酸置换修饰 • 酶分子的物理修饰
(1) 酶的金属离子置换修饰
把酶分子中的金属离子换成另一种金属离子， 使酶的特性和功能发生改变的修饰方法称为金属 离子置换修饰
药用酶的肽链有限水解修饰
• 大分子的蛋白质往往具有较强的抗原性，而小 分子的蛋白质或肽段的抗原性较低或无抗原性； 采用适当的方法使酶分子的肽链在特定的位点 断裂，其分子量减少，就可以在基本保持酶活 力的同时使抗原性降低或消失。 如：木瓜蛋白酶用亮氨酸氨肽酶进行有限水解， 除去其肽链的2/3，该酶活力基本保持，其抗 原性却大大降低。
• 作用：
–研究酶的分子结构与功能 –测定某一种基团的数量 –优化酶的特性 –获得自然界不存在的新酶种
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
6.2 酶分子修饰的基本要求和条件
• 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。
酶分子修饰的条件