酶分子化学修饰原因和应用
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定向改造酶分子性质,得到新特性和新 功能的酶。
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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。
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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
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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
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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。
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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、
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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。