酶分子化学修饰原因和应用
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
开始修饰或改造生物催化剂以适应特 定的生物催化过程。希望能够实现先设 计理想的催化过程，然后在寻找并改造 得到理想的生物催化剂。
理想生物催化剂：有良好的实际应用 退出 灵活性、稳定性和可生产性。
一、酶分子修饰的原因
（三）与辅因子相关的修饰：辅因子的共价结合；引 入新的具有强反应的辅因子；金属酶的金属取代。
退出
（一）酶的表面修饰
1.1 化学固定化： 通过酶表面的酸性或碱性氨基酸残
基将酶共价连接到惰性载体上。
退出
1.2 酶的小分子化学修饰作用
小分子化合物对酶活性部位或以外的侧链基团 进行化学修饰，常用修饰剂有氨基葡萄糖、 醋酸酐等。
❖ 大分子的共价修饰：如聚乙二醇、右旋糖苷、 肝素。
用聚乙二醇修饰SOD,可以降低或消除酶的抗原 性，提高抗蛋白酶的能力，延长酶的半衰期。
退出
1.4分子内交联
❖ 含双功能团的化合物，如二氨基丁烷， 戊二醛，己二胺等与酶分子内两个侧链基团 反应，在分子内共价交联。
退出
1.5 分子间交联
❖ 杂合酶 用戊二醛将胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶交联，
可降低胰凝乳蛋白酶的自溶作用，也使反应 器体积减小。
退出
1.6 脂质体包裹
❖ 脂质体是天然脂类和/或类固醇组成的微 球体，酶分子包埋其内。它可以通过细胞的 膜融合或内吞作用而进入细胞内。
⑥ 辅助残基
黑曲霉产生淀粉酶 糖肽链有助于酶附着 退出 生淀粉
活性中心的重要化学基团
7种氨基酸出现的频率最高 Lys Asp Glu Cys His Tyr Ser
兰（赖）天果拌猪肉（酪）丝 某些功能基团,如（氨基、羧基、巯基、羟基
和咪唑基）是酶的必需基团。 赖氨酸的氨基 天冬氨酸和谷氨酸的羧基 半胱氨酸的巯基 组氨酸的咪唑基
例：马肝醇脱氢酶的Lys乙基化、糖基化和甲 基化都能增加其活力；其中甲基化使酶活力 增加最大，同时酶的稳定性提高。
退出
1.3 酶的大分子化学修饰
❖ 大分子的非共价修饰：稳定酶
多元醇、多糖、多聚氨基酸、多胺等（如聚乙 二醇、右旋糖苷）
α-淀粉酶与其抗体的复合物在70℃半衰期为 16小时，而天然酶为5分钟。
方法包括：物理的、化学的、生物学
物理法：吸附固定化、包埋固定化
高压修饰法、
退出
变温诱导改性酶
二、主要作用： 用于酶的结构和功能研究，探测酶的必
需氨基酸残基的性质和数目，酶的构象变化 和运动性，酶作用的化学机理。
用于酶分子的固定化，提高酶的稳定性， 酶活力
提高酶的稳定性，酶活力，降低或消除 酶的抗原性。
3）消除抗原性（针对特异性反应降低生物识别能 力）。
退出
4）产生新的催化能力。
三、酶结构基础
❖ 1、酶的结构基础
辅因子
全酶
催化基团
接触残基
活性部位
底物结合基团
必需残基
非贡献残基
退出
① 辅因子 FAD、FMN：脱氢酶、氧化酶的辅酶 NADH、NADPH：脱氢酶的辅酶 磷酸吡哆醛：转氨酶的辅基 Ca2+ ：－淀粉酶金属离子辅因子： ② 非贡献残基 木瓜蛋白酶 2/3，烯醇化酶 1/5
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 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 退出活性部位微环境相对稳定。
第一节 酶分子化学修饰
一、定义： 修饰酶：通过各种方法使酶分子结构发
生某些变化，从而改变酶的某些特性和功能 的过程。
退出
退出
③ 结构残基
结构残基在酶分子活性构象形成和稳定中 起关键作用。
溶菌酶分子中有4对S－C键，分别 在 6-127,30-115,46-48,76-94 位 连 接 。 实验证明这4对二硫键中，6-127位之间 的键断裂，酶不失活。这表明酶分子中 的S－S键并非全部为维持活性构象所必 需。
退出
退出 酪氨酸和丝氨酸的羟基
四、 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
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。
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
退出
活性部位。
3、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：
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。
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。
退出
4、如何消除酶的抗原性及稳定酶的微环境
酶蛋白氨基酸组成的抗原决定簇，与修饰剂形成了共 价键。
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。
开始修饰或改造生物催化剂以适应特 定的生物催化过程。希望能够实现先设 计理想的催化过程，然后在寻找并改造 得到理想的生物催化剂。
理想生物催化剂：有良好的实际应用 退出 灵活性、稳定性和可生产性。
一、酶分子修饰的原因
（三）与辅因子相关的修饰：辅因子的共价结合；引 入新的具有强反应的辅因子；金属酶的金属取代。
退出
（一）酶的表面修饰
1.1 化学固定化： 通过酶表面的酸性或碱性氨基酸残
基将酶共价连接到惰性载体上。
退出
1.2 酶的小分子化学修饰作用
小分子化合物对酶活性部位或以外的侧链基团 进行化学修饰，常用修饰剂有氨基葡萄糖、 醋酸酐等。
❖ 大分子的共价修饰：如聚乙二醇、右旋糖苷、 肝素。
用聚乙二醇修饰SOD,可以降低或消除酶的抗原 性，提高抗蛋白酶的能力，延长酶的半衰期。
退出
1.4分子内交联
❖ 含双功能团的化合物，如二氨基丁烷， 戊二醛，己二胺等与酶分子内两个侧链基团 反应，在分子内共价交联。
退出
1.5 分子间交联
❖ 杂合酶 用戊二醛将胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶交联，
可降低胰凝乳蛋白酶的自溶作用，也使反应 器体积减小。
退出
1.6 脂质体包裹
❖ 脂质体是天然脂类和/或类固醇组成的微 球体，酶分子包埋其内。它可以通过细胞的 膜融合或内吞作用而进入细胞内。
⑥ 辅助残基
黑曲霉产生淀粉酶 糖肽链有助于酶附着 退出 生淀粉
活性中心的重要化学基团
7种氨基酸出现的频率最高 Lys Asp Glu Cys His Tyr Ser
兰（赖）天果拌猪肉（酪）丝 某些功能基团,如（氨基、羧基、巯基、羟基
和咪唑基）是酶的必需基团。 赖氨酸的氨基 天冬氨酸和谷氨酸的羧基 半胱氨酸的巯基 组氨酸的咪唑基
例：马肝醇脱氢酶的Lys乙基化、糖基化和甲 基化都能增加其活力；其中甲基化使酶活力 增加最大，同时酶的稳定性提高。
退出
1.3 酶的大分子化学修饰
❖ 大分子的非共价修饰：稳定酶
多元醇、多糖、多聚氨基酸、多胺等（如聚乙 二醇、右旋糖苷）
α-淀粉酶与其抗体的复合物在70℃半衰期为 16小时，而天然酶为5分钟。
方法包括：物理的、化学的、生物学
物理法：吸附固定化、包埋固定化
高压修饰法、
退出
变温诱导改性酶
二、主要作用： 用于酶的结构和功能研究，探测酶的必
需氨基酸残基的性质和数目，酶的构象变化 和运动性，酶作用的化学机理。
用于酶分子的固定化，提高酶的稳定性， 酶活力
提高酶的稳定性，酶活力，降低或消除 酶的抗原性。
3）消除抗原性（针对特异性反应降低生物识别能 力）。
退出
4）产生新的催化能力。
三、酶结构基础
❖ 1、酶的结构基础
辅因子
全酶
催化基团
接触残基
活性部位
底物结合基团
必需残基
非贡献残基
退出
① 辅因子 FAD、FMN：脱氢酶、氧化酶的辅酶 NADH、NADPH：脱氢酶的辅酶 磷酸吡哆醛：转氨酶的辅基 Ca2+ ：－淀粉酶金属离子辅因子： ② 非贡献残基 木瓜蛋白酶 2/3，烯醇化酶 1/5
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 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 退出活性部位微环境相对稳定。
第一节 酶分子化学修饰
一、定义： 修饰酶：通过各种方法使酶分子结构发
生某些变化，从而改变酶的某些特性和功能 的过程。
退出
退出
③ 结构残基
结构残基在酶分子活性构象形成和稳定中 起关键作用。
溶菌酶分子中有4对S－C键，分别 在 6-127,30-115,46-48,76-94 位 连 接 。 实验证明这4对二硫键中，6-127位之间 的键断裂，酶不失活。这表明酶分子中 的S－S键并非全部为维持活性构象所必 需。
退出
退出 酪氨酸和丝氨酸的羟基
四、 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
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。
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
退出
活性部位。
3、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：
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。
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。
退出
4、如何消除酶的抗原性及稳定酶的微环境
酶蛋白氨基酸组成的抗原决定簇，与修饰剂形成了共 价键。