酶的分子修饰PPT
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《酶分子的修饰》课件
糖基化修饰通常发生在酶的特定氨基酸残基上，形成N-连 接或O-连接的糖链。糖基化修饰在多种生物学过程中发挥 重要作用，如蛋白质分选和分泌。
酶的甲基化修饰
甲基化修饰是指将甲基基团加到酶分子上的过程，通常由甲基转移酶催化。甲基 化修饰可以改变酶的活性、稳定性、定位和与其他分子的相互作用。
甲基化修饰常见于DNA、RNA和蛋白质中。在蛋白质甲基化过程中，甲基转移 酶将甲基基团加到蛋白质特定氨基酸残基上，影响蛋白质功能和稳定性。
酶分子修饰与疾病发生发展
酶分子修饰与多种疾病的发生 和发展密切相关，如肿瘤、神 经退行性疾病、心血管疾病等
。
酶分子修饰可以影响细胞代 谢、细胞周期、细胞凋亡等 生物学过程，从而影响疾病
的发展进程。
深入了解酶分子修饰在疾病发 生发展中的作用，有助于发现 新的治疗靶点，为疾病治疗提
供新的策略和方法。
酶分子修饰与药物研发
酶分子修饰是药物研发的重要靶点之一，通过调节酶的活性可以设计出具有特定治 疗作用的药物。
酶分子修饰在药物研发中具有广阔的应用前景，如开发新药、优化现有药物的治疗 效果等。
药物研发过程中需要深入研究酶分子修饰的机制和作用，以确保药物的安全性和有 效性。
04 酶分子修饰的研究方法
蛋白质组学技术
蛋白质谱分析
肿瘤治疗
利用酶分子修饰技术，可 以设计出针对肿瘤细胞特 异性的治疗策略，实现肿 瘤的精准治疗。
免疫调节
酶分子修饰可以用于调节 免疫细胞的活性，为免疫 相关疾病的治疗提供新的 思路。
酶分子修饰在农业生产中的应用
抗虫抗病
通过酶分子修饰技术，可以培育 出具有抗虫抗病性能的农作物新 品种，提高农作物的产量和品质 。
《酶分子的修饰》 PPT课件
酶的甲基化修饰
甲基化修饰是指将甲基基团加到酶分子上的过程，通常由甲基转移酶催化。甲基 化修饰可以改变酶的活性、稳定性、定位和与其他分子的相互作用。
甲基化修饰常见于DNA、RNA和蛋白质中。在蛋白质甲基化过程中，甲基转移 酶将甲基基团加到蛋白质特定氨基酸残基上，影响蛋白质功能和稳定性。
酶分子修饰与疾病发生发展
酶分子修饰与多种疾病的发生 和发展密切相关，如肿瘤、神 经退行性疾病、心血管疾病等
。
酶分子修饰可以影响细胞代 谢、细胞周期、细胞凋亡等 生物学过程，从而影响疾病
的发展进程。
深入了解酶分子修饰在疾病发 生发展中的作用，有助于发现 新的治疗靶点，为疾病治疗提
供新的策略和方法。
酶分子修饰与药物研发
酶分子修饰是药物研发的重要靶点之一，通过调节酶的活性可以设计出具有特定治 疗作用的药物。
酶分子修饰在药物研发中具有广阔的应用前景，如开发新药、优化现有药物的治疗 效果等。
药物研发过程中需要深入研究酶分子修饰的机制和作用，以确保药物的安全性和有 效性。
04 酶分子修饰的研究方法
蛋白质组学技术
蛋白质谱分析
肿瘤治疗
利用酶分子修饰技术，可 以设计出针对肿瘤细胞特 异性的治疗策略，实现肿 瘤的精准治疗。
免疫调节
酶分子修饰可以用于调节 免疫细胞的活性，为免疫 相关疾病的治疗提供新的 思路。
酶分子修饰在农业生产中的应用
抗虫抗病
通过酶分子修饰技术，可以培育 出具有抗虫抗病性能的农作物新 品种，提高农作物的产量和品质 。
《酶分子的修饰》 PPT课件
酶的生物改造共65页课件.ppt
4、定向进化的原理
在待进化酶基因的PCR扩增反应中，利用Taq DNA聚合 酶不具有3’->5’校对功能的性质，配合适当条件， 以很低的比率向目的基因中随机引入突变，构建突变 库，凭借定向的选择方法，选出所需性质的优化酶 (或蛋白质)，从而排除其他突变体。
定向进化的基本规则是“获取你所筛选的突变体”。 定向进化=随机突变+选择。前者是人为引发的，后者
3、酶的定向进化技术
定义： 从一个或多个已经存在的亲本酶（天然或人为 获得）出发，经过基因突变和重组，构建一个 人工突变基因库，通过筛选最终获得预先期望 具有某些特性的进化酶；
所谓酶的体外定向进化，又称实验分子进化，属于蛋 白质的非合理设计，它不需事先了解酶的空间结构和 催化机制，通过人为地创造特殊的条件，模拟自然进 化机制(随机突变、重组和自然选择)，在体外改造酶 基因，并定向选择出所需性质的突变酶。
虽相当于环境，但只作用于突变后的分子群，起着选 择某一方向的进化而排除其他方向突变的作用，整个 进化过程完全是在人为控制下进行的
酶定向进化的过程和应用范围
蛋白质
随机突变 随机杂交
•稳定性 •活性 •有机溶液中的活性 •不同的底物的利用 •酸碱度 •蛋白质的表达 •亲和性 •专一性
性能
筛选
目达标到蛋目的白
三、酶定向进化的基本过程
随机突变 不同的定向进化方法构建突变基因 载体的选择，基因重组，组建基因
突变基因的筛选 平板筛选法，荧光筛选法，表面展示法
1、定向进化的方法
无性进化方法：易错PCR法，盒式诱变 有性进化方法
1）DNA改组法（DNA Shuffling) 2）体外随机重组法（RPR) 3）交错延伸法(StEP) 基因家族的同源重组 外显子的改组 杂合进化
酶的分子修饰
DENATURATION 93°C - 95°C
EXTENSION 72°C
酶的分子修饰
优点： ✓抗体制备简单
任何一种酶都有它相对应的抗体，制备亦较简 单、迅速。所以，用抗体稳定酶的方法较普遍。
酶的分子修饰
缺点： ✓制备抗体花费较多，解决的办法是用微生物来生产。最 近报告表明，已经成功地由大肠杆菌生产具有完整功能 的重组抗体片段，而且用同一种微生物既能生产目的蛋 白又生产其抗体的可能性。 ✓在医学上要解决酶—抗体复合物在体内的抗原性。目前 采用降低抗体分子的大小制造嵌合抗体
酶的分子修饰
2.1.酶辅因子的置换修饰 通过改变酶分子中的辅因子，使酶的特性和功能
发生改变，主要是金属离子的置换，因此该方法又称 为离子置换法。
主要是二价离子的置换修饰
酶的分子修饰
置换修饰过程 酶液中加入Eபைடு நூலகம்TA
置换修饰酶
透析或超滤 加入金属离子
酶的分子修饰
置换修饰的要点 等价同荷置换
酶的分子修饰
酶的分子修饰
生物体中存在的酶分子修饰
❖酶原激活 ❖共价修饰
酶的分子修饰
酶原激活
Proteolytic Zymogen Activation.
酶的分子修饰
共价修饰
酶分子中的某些基团在其他酶的催化下，可共价结合或脱去， 引起酶分子构象改变而调节其活性，此类酶称为共价修饰调 节酶。
酶的分子修饰
酶的共价修饰方式
能与酶非共价地相互作用而有效地保护酶，既能通 过氢键固定在酶分子表面，也能通氢键有效地与外 部水相连，通过调节酶的微环境，保护酶的活力。 有些来自嗜热菌的酶具有较高稳定性，其原因正是 由于保护性大分子(如肽和聚胺)发挥作用的结果。
酶分子修饰精选
突变方法 易错PCR DNA改组 盒式诱变 易错PCR/DNA改组 盒式诱变 DNA改组 DNA改组 易错PCR/DNA改组 随机/定位诱变 DNA改组
4.7 酶分子修饰的应用（P152-157） ➢ 在酶学研究方面的应用 ➢ 在医药方面的应用 ➢ 在工业方面的应用 ➢ 在抗体酶研究开发方面的应用 ➢ 在核酸类酶人工改造方面的应用 ➢ 在有机介质酶催化反应中的应用
修饰中的应用。 6、酶分子的物理修饰有何特点？ 7、何谓酶定向进化？有何特点？ 8、简述突变基因定向选择的基本过程。 9、举例说明酶定向进化技术的应用。
•44
4.7 酶分子修饰的应用（P152-157） 1、在酶学研究方面的应用 酶活性中心的研究 酶的空间结构研究 酶的作用机制研究
4.7 酶分子修饰的应用（P152-157） 2、在医药方面的应用 降低或者消除酶的抗原性 增强医药用酶的稳定性（半衰期）
4.7 酶分子修饰的应用（P152-157） 3、在工业方面的应用 提高工业用酶的催化效率 提高工业用酶的稳定性 改变酶的动力学特性
苯乙二醛，1,2－环己二酮、丁二酮
Cys（半胱） 巯基 碘乙酸、碘乙酰胺、N-乙基马来酰亚胺
二硫键 巯基乙醇、DTT（二硫苏糖醇）
His（组） 咪唑基 焦碳酸二乙酯、碘乙酸
Tyr（酪） 酚羟基 碘、四硝基甲烷
Trp（色） 吲哚基 N-溴代琥珀酰亚胺
4. 酶蛋白主链修饰（肽链有限水解修饰） ➢ 利用酶分子主链的切断和连接，使酶分子的化学
4.6 酶的定向进化
➢ 定向进化：模拟自然进化的过程，进行人工随 机突变，并在特定的环境条件下进行选择，使 进化朝着人们所需方向发展的技术过程。
分子定向进化 定向进化
细胞定向进化
第四章酶分子的修饰与应用ppt课件
2019/12/30
• 药用酶大多数来自各种动物、植物或微生物，当 其进入体内后，对于机体来说，酶是一种外源物 质，在它的刺激下，体内会运用某些机制对其进 行排斥。除了酶分子的结构特点以外，还由于酶 是生物大分子，所以有些酶蛋白具有抗原性。酶 蛋白的抗原性与其分子大小有关，大分子的酶蛋 白往往有较强的抗原性，而小分子的蛋白质或肽 段的抗原性较低或无抗原性。若采用适当的方法 使酶分子的肽链在特定的位点断裂，其分子质量 减少，就可以在基本保持酶活力的同时使酶的抗 原性降低或消失，这种修饰方法又称为肽链有限 水解修饰。例如木瓜蛋白酶用亮氨酸氨肽酶进行 有限水解，除去其肽链的三分之二，该酶的活力 基本保持，其抗原性性却大大降低；又如，酵母 的烯醇化酶经肽链有限水解，除去由150个氨基 酸残基组成的肽段后，酶活力仍然可以保持，抗 原性却显著降低。
2019/12/30
第四节 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，使酶的功能和特性 发生改变的修饰方法称为金属离 子置换修饰。
2019/12/30
• 通过金属离子置换修饰，可以了解 各种金属离子在酶催化过程中的作 用，有利于阐明酶的催化作用机制 ，并有可能提高酶活力，增强酶的 稳定性，甚至改变酶的某些动力学 性质。
第四章 酶分子的修饰与应用
• 第一节 酶分子的主链修饰 • 第二节 酶的侧链基团修饰 • 第三节 酶的组成单位置换修饰 • 第四节 金属离子置换修饰 • 第五节 酶分子的物理修饰 • 第六节 酶分子修饰的应用
2019/12/30
• 酶是具有完整的化学结构和空间结构的生 物大分子。酶分子的结构决定了酶的性质 和功能。当酶分子的结构发生改变时，将 会引起酶的性质和功能的改变。
2019/12/30
• 药用酶大多数来自各种动物、植物或微生物，当 其进入体内后，对于机体来说，酶是一种外源物 质，在它的刺激下，体内会运用某些机制对其进 行排斥。除了酶分子的结构特点以外，还由于酶 是生物大分子，所以有些酶蛋白具有抗原性。酶 蛋白的抗原性与其分子大小有关，大分子的酶蛋 白往往有较强的抗原性，而小分子的蛋白质或肽 段的抗原性较低或无抗原性。若采用适当的方法 使酶分子的肽链在特定的位点断裂，其分子质量 减少，就可以在基本保持酶活力的同时使酶的抗 原性降低或消失，这种修饰方法又称为肽链有限 水解修饰。例如木瓜蛋白酶用亮氨酸氨肽酶进行 有限水解，除去其肽链的三分之二，该酶的活力 基本保持，其抗原性性却大大降低；又如，酵母 的烯醇化酶经肽链有限水解，除去由150个氨基 酸残基组成的肽段后，酶活力仍然可以保持，抗 原性却显著降低。
2019/12/30
第四节 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，使酶的功能和特性 发生改变的修饰方法称为金属离 子置换修饰。
2019/12/30
• 通过金属离子置换修饰，可以了解 各种金属离子在酶催化过程中的作 用，有利于阐明酶的催化作用机制 ，并有可能提高酶活力，增强酶的 稳定性，甚至改变酶的某些动力学 性质。
第四章 酶分子的修饰与应用
• 第一节 酶分子的主链修饰 • 第二节 酶的侧链基团修饰 • 第三节 酶的组成单位置换修饰 • 第四节 金属离子置换修饰 • 第五节 酶分子的物理修饰 • 第六节 酶分子修饰的应用
2019/12/30
• 酶是具有完整的化学结构和空间结构的生 物大分子。酶分子的结构决定了酶的性质 和功能。当酶分子的结构发生改变时，将 会引起酶的性质和功能的改变。
2019/12/30
酶分子修饰PPT课件
方案。
进行修饰实验
根据修饰方案进行实验 操作，实现酶分子的修
饰。
性能评估
对修饰后的酶进行性能 评估，包括稳定性、选 择性、催化效率等方面
的评估。
03
酶分子修饰的应用
酶分子修饰在医药领域的应用
药物设计和改造
疾病诊断和治疗
通过酶分子修饰技术，对药物分子进 行化学结构的改造和优化，提高药物 的疗效、稳定性和选择性。
为了克服现有酶分子修饰技术的局限性，需要不断探索新的修饰方法和策略，提高修饰效 果和特异性。
深入研究酶分子结构和功能关系
深入了解酶分子结构和功能关系，有助于更好地选择修饰位点和设计修饰方案，以实现酶 性能的优化。
开发酶分子修饰的应用实例
加强酶分子修饰在解决实际问题中的应用研究，例如在生物医药、环保、能源等领域的应 用实例开发。
分子，用于解决一些重要的生物学和工业问题。
提高酶的稳定性和催化效率
02
通过酶分子修饰，可以改善酶的稳定性和催化效率，使其在极
端条件下的应用更加广泛。
扩展酶的应用领域
03
随着酶分子修饰技术的发展，酶的应用领域也在不断扩展，例
如在生物医药、环保、能源等领域的应用。
酶分子修饰的未来研究方向
探索新的修饰方法和策略
酶分子修饰的类型
化学修饰
利用化学试剂对酶分子进行修饰 ，改变酶的活性、稳定性等性质 。常见的化学修饰方法包括磷酸 化、糖基化、甲基化等。
生物修饰
利用生物酶对酶分子进行修饰， 改变酶的性质。常见的生物修饰 方法包括蛋白质工程、基因敲除 和突变等。
酶分子修饰的重要性
提高酶的稳定性
通过酶分子修饰可以增加酶的稳 定性，使其在极端环境条件下仍 能保持活性，拓宽了酶的应用范
进行修饰实验
根据修饰方案进行实验 操作，实现酶分子的修
饰。
性能评估
对修饰后的酶进行性能 评估，包括稳定性、选 择性、催化效率等方面
的评估。
03
酶分子修饰的应用
酶分子修饰在医药领域的应用
药物设计和改造
疾病诊断和治疗
通过酶分子修饰技术，对药物分子进 行化学结构的改造和优化，提高药物 的疗效、稳定性和选择性。
为了克服现有酶分子修饰技术的局限性，需要不断探索新的修饰方法和策略，提高修饰效 果和特异性。
深入研究酶分子结构和功能关系
深入了解酶分子结构和功能关系，有助于更好地选择修饰位点和设计修饰方案，以实现酶 性能的优化。
开发酶分子修饰的应用实例
加强酶分子修饰在解决实际问题中的应用研究，例如在生物医药、环保、能源等领域的应 用实例开发。
分子，用于解决一些重要的生物学和工业问题。
提高酶的稳定性和催化效率
02
通过酶分子修饰，可以改善酶的稳定性和催化效率，使其在极
端条件下的应用更加广泛。
扩展酶的应用领域
03
随着酶分子修饰技术的发展，酶的应用领域也在不断扩展，例
如在生物医药、环保、能源等领域的应用。
酶分子修饰的未来研究方向
探索新的修饰方法和策略
酶分子修饰的类型
化学修饰
利用化学试剂对酶分子进行修饰 ，改变酶的活性、稳定性等性质 。常见的化学修饰方法包括磷酸 化、糖基化、甲基化等。
生物修饰
利用生物酶对酶分子进行修饰， 改变酶的性质。常见的生物修饰 方法包括蛋白质工程、基因敲除 和突变等。
酶分子修饰的重要性
提高酶的稳定性
通过酶分子修饰可以增加酶的稳 定性，使其在极端环境条件下仍 能保持活性，拓宽了酶的应用范
第6章酶的分子修饰课件
❖ 分离：需要通过凝胶层析等方法进行分离，将具 有不同修饰度的酶分子分开，从中获得具有较好 修饰效果的修饰酶
（1）三氯均嗪法
❖三氯均嗪环上的氯原子很活泼，容易产生 亲核取代反应。
❖当环上的一个氯原子被取代后，能够稳定 其他的碳-氯键（第一个氯原子在4℃就能 反应，第二个氯原子在25 ℃反应，第三个 氯原子在80℃反应）。
3、糖肽
❖糖肽一般是通过纤维蛋白酶或蛋白水解酶 降解人纤维蛋白或γ-球蛋白而得。
❖糖肽结构上有氨基，经活化后能与酶分子 上氨基反应而产生共价结合。
（1）异氰酸法 （2）戊二醛法
4、具有生物活性的大分子物质
肝素是一种含硫酸酯的黏多糖，由氨基葡萄 糖和两种糖醛酸组成，平均分子量2000左 右。肝素共价交联酶后可增加酶的稳定性， 同时由于肝素在生物体内还具有抗凝血、 抗血栓、降血脂等活性。 ❖羧二亚胺法 ❖溴化氢法 ❖三均嗪法
②酰基化 乙酸酐
丹磺酰氯（DNS）
③还原烷基化
一个常用的特异性修饰赖氨酸氨基的试剂 磷酸吡哆醛
（3）羧基的化学修饰
修饰羧基的反应专一性差，一般选用合适的 R和R’的水溶性碳化二亚胺修饰天冬氨酸 和谷氨酸，属烷基化反应。
①水溶性碳化二亚胺
②酯化 氟硼化三甲基金羊盐（CH3)3OBF4
（4）咪唑基的化学修饰
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。
第一节 酶的化学修饰
❖广义：凡涉及共价部分或部分共价的形成 或破坏的转变。
❖狭义：较温和的条件下，以可控的方式是 一种蛋白质同某些化学试剂起特异反应， 从而引起单个氨基酸或其功能基团发生共 价的化学改变。
2、特定氨基酸残基侧链基团的化学修 饰
（1）三氯均嗪法
❖三氯均嗪环上的氯原子很活泼，容易产生 亲核取代反应。
❖当环上的一个氯原子被取代后，能够稳定 其他的碳-氯键（第一个氯原子在4℃就能 反应，第二个氯原子在25 ℃反应，第三个 氯原子在80℃反应）。
3、糖肽
❖糖肽一般是通过纤维蛋白酶或蛋白水解酶 降解人纤维蛋白或γ-球蛋白而得。
❖糖肽结构上有氨基，经活化后能与酶分子 上氨基反应而产生共价结合。
（1）异氰酸法 （2）戊二醛法
4、具有生物活性的大分子物质
肝素是一种含硫酸酯的黏多糖，由氨基葡萄 糖和两种糖醛酸组成，平均分子量2000左 右。肝素共价交联酶后可增加酶的稳定性， 同时由于肝素在生物体内还具有抗凝血、 抗血栓、降血脂等活性。 ❖羧二亚胺法 ❖溴化氢法 ❖三均嗪法
②酰基化 乙酸酐
丹磺酰氯（DNS）
③还原烷基化
一个常用的特异性修饰赖氨酸氨基的试剂 磷酸吡哆醛
（3）羧基的化学修饰
修饰羧基的反应专一性差，一般选用合适的 R和R’的水溶性碳化二亚胺修饰天冬氨酸 和谷氨酸，属烷基化反应。
①水溶性碳化二亚胺
②酯化 氟硼化三甲基金羊盐（CH3)3OBF4
（4）咪唑基的化学修饰
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。
第一节 酶的化学修饰
❖广义：凡涉及共价部分或部分共价的形成 或破坏的转变。
❖狭义：较温和的条件下，以可控的方式是 一种蛋白质同某些化学试剂起特异反应， 从而引起单个氨基酸或其功能基团发生共 价的化学改变。
2、特定氨基酸残基侧链基团的化学修 饰
《酶的分子修饰》课件
酶的分子修饰
汇报人：
单击输入目录标题 酶的分子修饰概述 酶的磷酸化修饰 酶的乙酰化修饰 酶的糖基化修饰 酶的甲基化修饰
添加章节标题
酶的分子修饰概述
酶的分子修饰的定义
酶的分子修饰是指酶在生物体内通过化学修饰改变其结构和功能
常见的酶分子修饰包括磷酸化、乙酰化、甲基化、泛素化等
酶分子修饰可以调节酶的活性、稳定性和定位 酶分子修饰在生物体内具有重要的生理功能，如信号传导、细胞周期调 控等
酶的分子修饰的类型
磷酸化修饰：通过磷酸化酶催化，使酶分子上增加或去除磷酸基团 乙酰化修饰：通过乙酰化酶催化，使酶分子上增加或去除乙酰基团 甲基化修饰：通过甲基化酶催化，使酶分子上增加或去除甲基基团 泛素化修饰：通过泛素化酶催化，使酶分子上增加泛素分子
酶的分子修饰的意义
调节酶的活性：通过修饰改变酶的活性，以适应生理和病理条件下的变 化 参与信号传导：酶的修饰可以参与信号传导，影响细胞功能
影响代谢途径：酶的修饰可以影响代谢途径，影响细胞代谢和功能
参与疾病发生：酶的修饰异常可能导致疾病发生，如癌症、糖尿病等
酶的磷酸化修饰
磷酸化修饰的种类
磷酸化修饰的种类：磷酸化修饰可以分为磷酸化、去磷酸化和磷酸化修饰 磷酸化修饰的种类：磷酸化修饰可以分为磷酸化、去磷酸化和磷酸化修饰 磷酸化修饰的种类：磷酸化修饰可以分为磷酸化、去磷酸化和磷酸化修饰 磷酸化修饰的种类：磷酸化修饰可以分为磷酸化、去磷酸化和磷酸化修饰
磷酸化修饰的酶
磷酸化酶：催化磷酸化反应的酶 磷酸酶：催化去磷酸化反应的酶 磷酸化修饰的酶：在酶分子上引入或去除磷酸基团的酶 磷酸化修饰的作用：调节酶的活性、定位和稳定性
磷酸化修饰的作用
调节酶的活性：磷 酸化修饰可以改变 酶的活性，从而影 响生物体的代谢过 程
汇报人：
单击输入目录标题 酶的分子修饰概述 酶的磷酸化修饰 酶的乙酰化修饰 酶的糖基化修饰 酶的甲基化修饰
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酶的分子修饰概述
酶的分子修饰的定义
酶的分子修饰是指酶在生物体内通过化学修饰改变其结构和功能
常见的酶分子修饰包括磷酸化、乙酰化、甲基化、泛素化等
酶分子修饰可以调节酶的活性、稳定性和定位 酶分子修饰在生物体内具有重要的生理功能，如信号传导、细胞周期调 控等
酶的分子修饰的类型
磷酸化修饰：通过磷酸化酶催化，使酶分子上增加或去除磷酸基团 乙酰化修饰：通过乙酰化酶催化，使酶分子上增加或去除乙酰基团 甲基化修饰：通过甲基化酶催化，使酶分子上增加或去除甲基基团 泛素化修饰：通过泛素化酶催化，使酶分子上增加泛素分子
酶的分子修饰的意义
调节酶的活性：通过修饰改变酶的活性，以适应生理和病理条件下的变 化 参与信号传导：酶的修饰可以参与信号传导，影响细胞功能
影响代谢途径：酶的修饰可以影响代谢途径，影响细胞代谢和功能
参与疾病发生：酶的修饰异常可能导致疾病发生，如癌症、糖尿病等
酶的磷酸化修饰
磷酸化修饰的种类
磷酸化修饰的种类：磷酸化修饰可以分为磷酸化、去磷酸化和磷酸化修饰 磷酸化修饰的种类：磷酸化修饰可以分为磷酸化、去磷酸化和磷酸化修饰 磷酸化修饰的种类：磷酸化修饰可以分为磷酸化、去磷酸化和磷酸化修饰 磷酸化修饰的种类：磷酸化修饰可以分为磷酸化、去磷酸化和磷酸化修饰
磷酸化修饰的酶
磷酸化酶：催化磷酸化反应的酶 磷酸酶：催化去磷酸化反应的酶 磷酸化修饰的酶：在酶分子上引入或去除磷酸基团的酶 磷酸化修饰的作用：调节酶的活性、定位和稳定性
磷酸化修饰的作用
调节酶的活性：磷 酸化修饰可以改变 酶的活性，从而影 响生物体的代谢过 程
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电荷转移、共价键形成、金属螯合、旋转自由度
12
①微区的极性
微区的极性是决定基团解离状态的关键因素之一。 极性对整个反应速度影响与反应的类型有密切关系。
从整体看来，局部极性的改变对色氨酸、甲硫氨酸 和胱氨酸反应性的影响较小
对氨基和组氨酸反应性的影响较大 对酪氨酸、半胱氨酸和羧基的反应性影响最大
和各种物理因素对酶分子空间构象（structure）的影响
8
3、酶分子修饰的基本要求和条件
（1）对酶性质的了解：
➢ ①酶的稳定性：热稳定性、酸碱稳定性、抑制剂等 ➢ ②酶活性中心的状况：活性中心基团、辅因子以及分子大小、性状、亚基数
（2）对修饰剂的要求：
➢ ①良好的生物相容性和水溶性 ➢ ②修饰剂的相对分子质量（较大）、修饰剂链的长度对蛋白质的吸附性 ➢ ③修饰剂上反应基团的数目及位置 ➢ ④修饰剂上反应基团的活化方法与条件
15
④位阻效应
烷基在空间上紧靠功能基，会使修饰剂不能与功能 基接触，出现位阻效应。
➢ 对枯草杆菌蛋白酶BPN的X射线衍射研究指出：10个 酪氨酸残基均在蛋白质分子表面，而且苯酚的羟基 几乎在所有情况下都没有形成氢键。对它进行彻底 硝化和碘化后，10个酪氨酸中只有8个被修饰。若 没有X射线衍射研究结果，很可能解释为至少有2个 酪氨酸残基被包埋在分子内部，但实际情况并不是 这样的，这种情况很可能是空间障碍引起的。
4
酶的应用受到了很大限制促使科研工作者必须不断地开展新的 研究，用化学或分子生物学方法对酶分子进行改造，以满足各 种反应条件对酶的需求，克服天然酶的缺陷。
随着各个学科及相关技术的发展，特别对酶结构 与功能的深入了解、基因工程及固定化技术的普 及，酶的分子改造工程进入实用阶段。
总体来说酶的分子工程分两部分： ★分子生物学水平：即用基因工程方法对DNA进行
➢ 蛋白质分子的表面特点也影响化学试剂的接近 因此，有必要考察局部衡区对功能基和修饰剂的影响
。由于功能基的反应性是通过它的亲核性来测量的， 应当强调pKa和影响pKa的因素。
2、修饰剂的反应性
11
1、影响酶蛋白功能基团的反应性因素
➢ ①微区的极性 ➢ ②基团间的氢键 ➢ ③静电效应 ➢ ④位阻效应 ➢ ⑤其它
13
②基团间的氢键作用
在蛋白质的酚基-羧基相互作用中，羧基的pKa应比正 常值低，而酚基的pKa高于正常值。
OH
OH
COOH
C O1/2- +H+ O1/2-
14
③静电效应
用高分辨率的核磁共振组氨酸残基的电离行为 进行研究表明，不同蛋白质中的组氨酸残基的 pKa是不同的；
原因可能在于带电基团相互静电作用的影响。
6
讨论:自然界中存在酶分子改造修饰吗？
➢ 酶原激活
胃蛋白酶原、胰蛋白酶原、胰凝乳蛋白酶原
➢ 可逆共价调节
磷酸化酶a与磷酸化酶b互变
7
2、酶分子修饰的意义
增强酶的稳定性（stability） 提高酶的活力（activity） 降低或消除酶的抗原性（immunological property） 研究和了解酶分子中主链、侧链、组成单位、金属离子
化学修饰的原理与特点
2
第五讲 酶分子修饰
➢ 5.1、酶分子修饰的定义及其意义 ➢ 5.2、酶分子修饰方法 ➢ 5.3、酶修饰后的性质变化 ➢ 5.4、酶的分子定向进化
3
分析酶在工业生产中应用受到极大限制的原因？
热稳定性差 活力低 耐受pH范围窄 分子量过大 成本高 来源有限 有异体反应
16
★旋转自由度
加快修饰反应速度的一个重要原因是限制了构象 的总数(即限制了旋转自由度)，这种限制可能是 由于上述提及的几类相互作用引起的。
➢ 酚酸的酯化速度：在苯环上引入几个甲基，特
别是在同一碳原子上引入2个甲基，则限制了基团 的自由旋转，因而使酚酸的酯化速度常数提高了 108倍以上。
17
2、影响修饰剂反应性的因素
19
②静电相互作用
带电的修饰剂能被选择性地吸引到蛋白质表面带相 反电荷的部位，静电相互作用可使修饰剂向多功能 部位中的一个残基定位或向双功能基的一侧定位。 修饰剂的静电取向也是影响其反应性的一个因素。
➢ 碘乙酸和碘乙酰胺烷基化速度和烷基化部位差异
化学修饰：
★广义:指凡涉及共价部分或部分共价键的形成或破坏的
转变。
★狭义:指在较温和的条件下以可控的方式使一种蛋白质 与某些化学试剂起特异反应，从而引起单个氨基酸残 基或其功能基团发生共价的化学变化。
10
一、影响酶分子化学修饰的主要因素
1、酶蛋白功能基团的反应性
➢ 蛋白质功能基团所处的环境会强烈地影响它的物理和 化 ➢系部：生化系
作业☺
1
第五讲 酶分子修饰
教学目标：
➢ 了解有关酶分子修饰的重要应用以及酶分子的物理修饰作用 ➢ 理解蛋白酶化学修饰的方法和意义 ➢ 掌握酶分子化学修饰的形式、目的、原理与特点
教学重点：
酶分子化学修饰的方法和意义、酶分子化学修饰的形式
教学难点：
分子改造，以获得化学结构更合理的酶蛋白； ★对天然酶分子进行改造：包括酶一级结构中氨基酸
置换、肽链切割、氨基酸侧链修饰等。
5
5.1、酶分子修饰的定义及其意义
1、定义：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。
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。
（3）对酶反应条件的选择：
➢ ①反应体系中酶与修饰剂的分子比例 ➢ ②反应体系中的溶剂性质、盐浓度和pH条件 ➢ ③反应温度及时间
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5.2、酶分子的修饰方法
物理修饰：
➢ 不改变酶的组成单位及其基团的修饰，即酶分子中的 共价键不发生改变，只是在物理因素（高温、高压、 高盐、极端pH值）作用下，副键发生某些变化和重排 。
➢ 选择吸附 ➢ 静电相互作用 ➢ 位阻因素 ➢ 催化因素
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①选择吸附
➢ 化学修饰前，修饰剂是根据各自的特点选择性地 吸附在低极性区或高极性区，有时可以根据对速 度的饱和效应，检测出蛋白质-修饰剂复合物的形 成。
➢ 正像酶-底物复合物那样，蛋白质修饰剂复合物形 成后，修饰过程的速度就加强了，这种速度的加 强，部分是由于选择性吸附的结果。
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①微区的极性
微区的极性是决定基团解离状态的关键因素之一。 极性对整个反应速度影响与反应的类型有密切关系。
从整体看来，局部极性的改变对色氨酸、甲硫氨酸 和胱氨酸反应性的影响较小
对氨基和组氨酸反应性的影响较大 对酪氨酸、半胱氨酸和羧基的反应性影响最大
和各种物理因素对酶分子空间构象（structure）的影响
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3、酶分子修饰的基本要求和条件
（1）对酶性质的了解：
➢ ①酶的稳定性：热稳定性、酸碱稳定性、抑制剂等 ➢ ②酶活性中心的状况：活性中心基团、辅因子以及分子大小、性状、亚基数
（2）对修饰剂的要求：
➢ ①良好的生物相容性和水溶性 ➢ ②修饰剂的相对分子质量（较大）、修饰剂链的长度对蛋白质的吸附性 ➢ ③修饰剂上反应基团的数目及位置 ➢ ④修饰剂上反应基团的活化方法与条件
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④位阻效应
烷基在空间上紧靠功能基，会使修饰剂不能与功能 基接触，出现位阻效应。
➢ 对枯草杆菌蛋白酶BPN的X射线衍射研究指出：10个 酪氨酸残基均在蛋白质分子表面，而且苯酚的羟基 几乎在所有情况下都没有形成氢键。对它进行彻底 硝化和碘化后，10个酪氨酸中只有8个被修饰。若 没有X射线衍射研究结果，很可能解释为至少有2个 酪氨酸残基被包埋在分子内部，但实际情况并不是 这样的，这种情况很可能是空间障碍引起的。
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酶的应用受到了很大限制促使科研工作者必须不断地开展新的 研究，用化学或分子生物学方法对酶分子进行改造，以满足各 种反应条件对酶的需求，克服天然酶的缺陷。
随着各个学科及相关技术的发展，特别对酶结构 与功能的深入了解、基因工程及固定化技术的普 及，酶的分子改造工程进入实用阶段。
总体来说酶的分子工程分两部分： ★分子生物学水平：即用基因工程方法对DNA进行
➢ 蛋白质分子的表面特点也影响化学试剂的接近 因此，有必要考察局部衡区对功能基和修饰剂的影响
。由于功能基的反应性是通过它的亲核性来测量的， 应当强调pKa和影响pKa的因素。
2、修饰剂的反应性
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1、影响酶蛋白功能基团的反应性因素
➢ ①微区的极性 ➢ ②基团间的氢键 ➢ ③静电效应 ➢ ④位阻效应 ➢ ⑤其它
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②基团间的氢键作用
在蛋白质的酚基-羧基相互作用中，羧基的pKa应比正 常值低，而酚基的pKa高于正常值。
OH
OH
COOH
C O1/2- +H+ O1/2-
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③静电效应
用高分辨率的核磁共振组氨酸残基的电离行为 进行研究表明，不同蛋白质中的组氨酸残基的 pKa是不同的；
原因可能在于带电基团相互静电作用的影响。
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讨论:自然界中存在酶分子改造修饰吗？
➢ 酶原激活
胃蛋白酶原、胰蛋白酶原、胰凝乳蛋白酶原
➢ 可逆共价调节
磷酸化酶a与磷酸化酶b互变
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2、酶分子修饰的意义
增强酶的稳定性（stability） 提高酶的活力（activity） 降低或消除酶的抗原性（immunological property） 研究和了解酶分子中主链、侧链、组成单位、金属离子
化学修饰的原理与特点
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第五讲 酶分子修饰
➢ 5.1、酶分子修饰的定义及其意义 ➢ 5.2、酶分子修饰方法 ➢ 5.3、酶修饰后的性质变化 ➢ 5.4、酶的分子定向进化
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分析酶在工业生产中应用受到极大限制的原因？
热稳定性差 活力低 耐受pH范围窄 分子量过大 成本高 来源有限 有异体反应
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★旋转自由度
加快修饰反应速度的一个重要原因是限制了构象 的总数(即限制了旋转自由度)，这种限制可能是 由于上述提及的几类相互作用引起的。
➢ 酚酸的酯化速度：在苯环上引入几个甲基，特
别是在同一碳原子上引入2个甲基，则限制了基团 的自由旋转，因而使酚酸的酯化速度常数提高了 108倍以上。
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2、影响修饰剂反应性的因素
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②静电相互作用
带电的修饰剂能被选择性地吸引到蛋白质表面带相 反电荷的部位，静电相互作用可使修饰剂向多功能 部位中的一个残基定位或向双功能基的一侧定位。 修饰剂的静电取向也是影响其反应性的一个因素。
➢ 碘乙酸和碘乙酰胺烷基化速度和烷基化部位差异
化学修饰：
★广义:指凡涉及共价部分或部分共价键的形成或破坏的
转变。
★狭义:指在较温和的条件下以可控的方式使一种蛋白质 与某些化学试剂起特异反应，从而引起单个氨基酸残 基或其功能基团发生共价的化学变化。
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一、影响酶分子化学修饰的主要因素
1、酶蛋白功能基团的反应性
➢ 蛋白质功能基团所处的环境会强烈地影响它的物理和 化 ➢系部：生化系
作业☺
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第五讲 酶分子修饰
教学目标：
➢ 了解有关酶分子修饰的重要应用以及酶分子的物理修饰作用 ➢ 理解蛋白酶化学修饰的方法和意义 ➢ 掌握酶分子化学修饰的形式、目的、原理与特点
教学重点：
酶分子化学修饰的方法和意义、酶分子化学修饰的形式
教学难点：
分子改造，以获得化学结构更合理的酶蛋白； ★对天然酶分子进行改造：包括酶一级结构中氨基酸
置换、肽链切割、氨基酸侧链修饰等。
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5.1、酶分子修饰的定义及其意义
1、定义：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。
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。
（3）对酶反应条件的选择：
➢ ①反应体系中酶与修饰剂的分子比例 ➢ ②反应体系中的溶剂性质、盐浓度和pH条件 ➢ ③反应温度及时间
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5.2、酶分子的修饰方法
物理修饰：
➢ 不改变酶的组成单位及其基团的修饰，即酶分子中的 共价键不发生改变，只是在物理因素（高温、高压、 高盐、极端pH值）作用下，副键发生某些变化和重排 。
➢ 选择吸附 ➢ 静电相互作用 ➢ 位阻因素 ➢ 催化因素
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①选择吸附
➢ 化学修饰前，修饰剂是根据各自的特点选择性地 吸附在低极性区或高极性区，有时可以根据对速 度的饱和效应，检测出蛋白质-修饰剂复合物的形 成。
➢ 正像酶-底物复合物那样，蛋白质修饰剂复合物形 成后，修饰过程的速度就加强了，这种速度的加 强，部分是由于选择性吸附的结果。