第五章酶的化学修饰全解

②修饰反应的温度与时间：严格控制反应温度和时间可
以减少或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：酶与修饰试剂的比 例可以控制酶分子的修饰程度。
第四节. 酶分子的化学修饰方法*
(1)酶的表面修饰
(2)酶分子的内部修饰 (3)与辅因子相关的修饰
(4)金属酶的金属取代
(1)酶的表面修饰
第五章 酶的化学修饰

第一节 什么是酶分子修饰 第二节 化学修饰的原理 第三节 酶化学修饰的基本要求和条件 第四节 酶分子的修饰方法 第五节 修饰酶的性质及特点 第六节 酶化学修饰的应用
第一节 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。 即：在体外将酶分子通过人工的方法与一些 化学基团，特别是具有生物相容性的物质， 进行共价连接，或除去酶分子中的某些集团， 从而改变酶的结构和性质。


3． 修饰剂上反应基团的活化方法与条件。
二. 酶化学修饰的基本要求
了解被修饰酶的性质 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。
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。
分子修饰试剂，通过共价结合来修饰酶的一些 基团（如-COO-、-NH3+、-SH、-OH、咪唑基 等），提高酶的稳定性。常用的小分子修饰试 剂有乙基、糖基和甲基等。 例如:将α—胰凝乳蛋白酶表面的氨基修饰后，酶 的热稳定性在60℃时，提高了1000倍，温度 更高时稳定化效应更强烈。这个稳定的酶能经 受灭菌的极端条件而不失活，因而有利于医疗 用酶。

酶分子的化学修饰定义：

广义上说：凡涉及共价键的形成或破坏 的转变都可以看作是酶的化学修饰。 狭义上说：是指在较温和的条件下，以 可控制的方式使酶同化学试剂发生特异 反应，从而引起单个氨基酸残基或功能 发生共价的化学变化。

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化学固定化
②酶的小分子修饰作用
③酶的大分子修饰作用 ④分子内交联 ⑤分子间交联
⑥脂质体包埋
⑦反相胶团微囊化
（1）酶的表面修饰 ①化学固定化：一般是直接通过酶表面的氨基
酸残基将酶分子共价连接到惰性载体上；由于载体
的引入，使酶所处的微环境发生改变，进而改变了 酶的性质，特别是动力学性质发生了改变。
②酶的小分子修饰作用：主要是利用一些小
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。
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
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）。 3）消除抗原性（针对特异性反应降低生物识别能力）。 4）产生新的催化能力。
第二节. 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
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。
第三节 酶化学修饰的基本要求和条件

Байду номын сангаас
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
1． 修饰剂具有较大的相对分子量；对蛋 白质的吸附有良好的生物相容性和水溶性。

2． 修饰剂分子表面具有较多的活性反应 基团。
酶分子的化学修饰
酶在应用中可能出现的问题:


稳定性不够，不能适应大量生产条件的 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。
酶分子改造的方向

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。——生物酶工程内容之一 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，这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。
③酶的大分子修饰作用：可分为非共价修饰 和共价修饰两大类：
大分子非共价修饰： 大分子共价修饰：
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。
三、选择修饰反应条件
①pH与离子强度：
一般在酶稳定的条件下进行，尽可能减少破坏酶的必需集团，选择酶 与修饰剂的结合率和酶活回收率都较高的反应条件。
pH决定了酶分子中反应基团的解离状态，酶的解离状态 不同，其反应性能也不同；另一方面，有些修饰试剂在不 同pH下，与同一种基团反应可以形成不同的产物。离子 强度对修饰反应也有重要影响。
酶化学修饰的原理
一、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。
二、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。
三、如何维持酶功能结构的完整性与抗蛋白水解酶 酶化学修饰后通过两种途径抗蛋白水解酶： 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。
大分子共价修饰：
利用一些可溶性大分子，通过共价键连接于酶分子 的表面，形成一层覆盖层，形成的可溶性酶具有许 多有用的性质。 • 例如用聚乙二醇共价修饰超氧化物歧化酶（SOD）， 不仅可以降低或消除酶的抗原性，而且提高了抗蛋 白酶的能力，延长了半衰期，从而提高了药效。