最新蛋白质与酶工程 第四章 酶分子修饰教学讲义PPT课件
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最新蛋白质与酶工程 第四章 酶分子修饰教学讲义PPT课件
酶分子修饰的条件
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。 ◦ （3）反应体系中酶与修饰剂的比例
使酶蛋白侧链上的巯基发生改变，从而改变酶的空间构 象、特性和功能的修饰方法称为巯基修饰。
常用的巯基修饰剂有：二硫苏糖醇、巯基乙醇、硫代硫 酸盐、硼氢化钠等还原剂以及各种酰化剂、烷基化剂等。
常见基团的化学修饰反应：巯基
酚基修饰
蛋白质分子的酪氨酸残基上含有酚基。使酚基发生改变， 从而改变酶蛋白的空间构象的修饰方法称为酚基修饰。
酚基修饰的方法主要有碘化法、硝化法、琥珀酰化法等。 例如，枯草杆菌蛋白酶的第104位酪氨酸残基上的酚基 经四硝基甲烷（ TNM ）硝化修饰后，生成硝基酚残基， 由于负电荷的引入，使酶对带正电荷的底物的结合力显 著增加；葡萄糖异构酶经过琥珀酰化修饰后，其最适 pH 值下降 0.5单位，并增加酶的稳定性。
α-淀粉酶中的钙离子（Ca2+），谷氨酸脱氢酶中的锌离子 (Zn2+)，过氧化氢酶分子中的铁离子(Fe2+)，酰基氨基酸酶分子 中的锌离子（Zn2+）,超氧化物歧化酶分子中的铜、锌离子 (Cu2+,Zn2+)
若从酶分子中除去其所含的金属离子，酶往往会丧失其催化活 性。如果重新加入原有的金属离子，酶的催化活性可以恢复或 者部分恢复。若用另一种金属离子进行置换，则可使酶呈现出 不同的特性。有的可以使酶的活性降低甚至丧失，有的却可以 使酶的活力提高或者增加酶的稳定性。
酶蛋白的化学修饰课件.ppt
2）重金属化合物： 对氯汞苯甲酸（PCMB）
E－SH +
＋ HCl
2-氯汞- 4-硝基酚
E－SH +
+ HCl
3）烷基化：
E-SH + R-X
E-SR +HX
常用烷基化试剂：
碘代乙酰胺（IAM）
碘代乙酸 （IAA）
一个常用的专一修饰巯基试剂： N-乙基马来酰亚胺（NEM）:
E－SH ＋
4）酰基化：
生物相容性，在体内不残留，无毒，无 抗原性，是一种优良修饰剂。
其修饰方法有多种，如三氯均嗪法、 叠氮法、琥珀酸酐法、重氮法等。
三氯均嗪法是一个常用的方法。三氯 均嗪上氯原子很活泼，易发生亲核取代。 三个氯原子反应性依次下降。
2）右旋糖酐
右旋糖酐是由α-葡萄糖经α-1，6糖酐 键形成的多糖，有较好的水溶性及生物 相容性，可用作代血浆。
+H2O
3）硼氟化三甲烊盐 （CH3）3 OBF4
+
+ HBF4 + CH3OCH3
（2）修饰氨基（四类） 赖氨酸氨基有很高的亲核反应性，可
用多种酰基化试剂或烷基化试剂对其修 饰
1） 烷基化
2）酰基化 乙酸酐：
丹磺酰氯（DNS）：
3）还原烷基化
4）一个常用的特异修饰赖氨酸氨基的 试剂：磷酸吡哆醛
（3）修饰胍基 （两类） 1）二酮：
丁二酮：
环己二酮：
2）苯乙二醛：
（4）修饰巯基（四类）
巯基是活性部位最常出现的基团，也
是有最多修饰剂的基团。巯基修饰剂可 分为以下四类：二硫键交换，烷基化， 酰基化，重金属化合物。
1）二硫键交换：
E－SH + R－S－S－R
酶分子修饰
3、维持酶功能结构的完整性与抗蛋白酶水解
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。 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。
3、维持酶功能结构的完整性与抗蛋白酶水解
同理，其他有机溶媒，去垢剂等也由于会 破坏维持酶天然构象的平衡力和改变微环 境而导致酶失活。
4、消除酶的抗原性及稳定酶的微环境
酶经过化学修饰后，除了能减少由于内部平衡力 被破坏而引起的酶分子伸展打开外，还由于大分 子修饰剂本身就是多聚电荷体，所以有可能在酶 分子表面形成一层“缓冲外壳”。在一定程度上 抵御外界环境的电荷、极性变化，维持酶活性部 位的微环境相对稳定，使酶能在更广泛的条件下 发挥作用。
3、维持酶功能结构的完整性与抗蛋白酶水解
根据蛋白水解酶是一大分子物质，并只是在充分接近多肽 链上敏感键和敏感基团后才能产生作用的原理，酶化学修 饰期望交联于酶上的大分子修饰剂能产生空间障碍来阻挡 蛋白水解酶接近酶分子，能“遮盖”酶分子上敏感键免遭 破坏。 另外，酶分子上许多敏感基团（如赖氨酸的ε-氨基等）参 与修饰反应，交联上修饰剂后，也减少了酶分子遭受蛋白 水解酶攻击破坏的可能性。
化学修饰方法虽多，但基本都是利用修饰剂所具有的各种 化学基团特性，或直接或经过一定的活化过程，与酶分子 上某氨基酸残基（一般尽量选酶活性非必需基团）产生化 学反应，对酶分子结构进行改造。
化学修饰是分子酶工程的重要手段之一。 只要选择合适的修饰剂和修饰条件，在保 持酶活性的基础上，能够在较大范围内改 变酶的性质，创造天然酶所不具备的优良 特性，甚至创造出新的活性。
酶分子的基本结构是蛋白质，这一特性就决定了 当某种酶在作用于底物使之转变为产物的同时， 其本身也可能成为另一种酶（如蛋白水解酶）的 底物。对于蛋白水解酶来讲，一般是作用于某些 特定敏感键后，导致蛋白多肽链断裂。
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。
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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。
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• 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。
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酶分子的修饰.pptx
第20页/共90页
金属离子置换修饰的过程
a. 酶的分离纯化：首先将欲进行修饰的酶经分离纯化， 除去杂质，获得具有一定纯度的酶液。
b. 除去原有的金属离子：在纯化的酶液中加入一定量金 属螯合剂，如乙二胺四乙酸（EDTA）等，使酶分子中 的金属离子与EDTA等形成螯合物。通过透析、超滤、 分子筛层析等方法，将EDTA-金属螯合物从酶液中除 去。此时酶往往成为无活性状态。
• 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
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第一节 酶分子的修饰方法
酶分子的修饰： 酶的表面修饰 酶的内部修饰.
1.1 酶的表面修饰 化学固定化 一般是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，由于酶所处的环境的改 变，会使酶的性质，特别是动力学性质发生改 变．
一些添加物，如多元醇、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。
另一类添加物就是蛋白质。蛋白质分子之间相互作用 时，其表面区域内排除了水分子，降低了介电常数，因而 增加了相互作用力，其稳定性也就增加。因此酶的多聚体 或酶聚合体的活力和稳定性比单体高
马肝醇脱氢酶(HLADH)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，同时酶的稳定性也提高了。
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酶的大分子修饰
分为大分子非共价修饰和大分子共价修饰两类
（1）大分子的非共价修饰 使用一些能与酶非共价地相 互作用而又能有效地保护酶的一些添加物，如聚乙二醇、 右旋糖苷等．它们既能通过氢键固定在酶分子表面，也能 通过氢键有效地与外部水相连，从而保护酶的活力。
金属离子置换修饰的过程
a. 酶的分离纯化：首先将欲进行修饰的酶经分离纯化， 除去杂质，获得具有一定纯度的酶液。
b. 除去原有的金属离子：在纯化的酶液中加入一定量金 属螯合剂，如乙二胺四乙酸（EDTA）等，使酶分子中 的金属离子与EDTA等形成螯合物。通过透析、超滤、 分子筛层析等方法，将EDTA-金属螯合物从酶液中除 去。此时酶往往成为无活性状态。
• 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
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第一节 酶分子的修饰方法
酶分子的修饰： 酶的表面修饰 酶的内部修饰.
1.1 酶的表面修饰 化学固定化 一般是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，由于酶所处的环境的改 变，会使酶的性质，特别是动力学性质发生改 变．
一些添加物，如多元醇、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。
另一类添加物就是蛋白质。蛋白质分子之间相互作用 时，其表面区域内排除了水分子，降低了介电常数，因而 增加了相互作用力，其稳定性也就增加。因此酶的多聚体 或酶聚合体的活力和稳定性比单体高
马肝醇脱氢酶(HLADH)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，同时酶的稳定性也提高了。
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酶的大分子修饰
分为大分子非共价修饰和大分子共价修饰两类
（1）大分子的非共价修饰 使用一些能与酶非共价地相 互作用而又能有效地保护酶的一些添加物，如聚乙二醇、 右旋糖苷等．它们既能通过氢键固定在酶分子表面，也能 通过氢键有效地与外部水相连，从而保护酶的活力。
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
酶分子修饰ppt课件
2019/9/5
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3、修饰
将带有活化基团的大分子修饰剂与经 过分离纯化的酶液，以一定的比例混合， 在一定的温度、pH值等条件下反应一段时 间，使修饰剂的活化基团与酶分子的某侧 链基团以共价键结合，对酶分子进行修饰。
4、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。
2019/9/5
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二、大分子结合修饰
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，从而改变酶的特性与 功能的方法称为大分子结合修饰。
目前应用最为广泛的酶分子修饰方法。
（一）、大分子结合修饰的方法
1、修饰剂的选择 一般为水溶性大分子。如，聚乙二醇（PEG）、
右旋糖苷、蔗糖聚合物（ficoll）、葡聚糖、环状 糊精、肝素、羧甲基纤维素、聚氨基酸等。
2019衍生物：
MPEG 的 羟 基 与 琥 珀 酰 亚 胺 反 应 ， 生 成 SS-MPEG 、 SSA － MPEG 、 SC-MPEG 等 衍 生 物 。 这些衍生物可以在pH7~10的条件下对酶分子 的氨基进行修饰。
MPEG琥珀酸亚胺碳酸酯
2019/9/5
2019/9/5
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3、增强酶的稳定性
例如：Fe－SOD分子中的铁离子被锰离子置换， 成为Mn－SOD后，其对过氧化氢的稳定性显著增强。 对叠氮钠（NaN3）的敏感性显著降低。
4、改变酶的动力学特性
例如：用钴离子置换酰基化氨基酸水解酶的活 性中心的锌离子，其催化N－氯－乙酰丙氨酸水解的 最适pH值从8.5降低为7.0。同时该酶对N－氯－乙酰 丙氨酸的米氏常数Km增大，亲和力降低。
2019/9/5
《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
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
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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。
金属离子置换修饰的作用
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 改变酶的动力学特性
(2) 酶的大分子修饰
采用水溶性大分子与酶蛋白的侧链基团(共价)结合使酶分 子的空间构象发生改变，从而改变酶的特性与功能的方法
蛋白质与酶工程 第四章 酶分子 修饰
与化学催化剂相比，酶缺点
医用酶缺点：稳定性差、分子量大、成 本高、来源有限、有异体反应
工业酶缺点：热稳定性差、活力低、耐 受pH范围窄
酶的分子工程
分子生物学水平，即用基因工程方法对 DNA进行分子改造，以获得化学结构 更为合理的酶蛋白
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
共价修饰
用可溶性大分子，如聚乙二醇、右旋糖苷、肝素等，通过共价键连 接于酶分子的表面，形成一层覆盖层。
例如：用聚乙二醇修饰超氧物歧化酶 ，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，延长了酶在体内的半衰期从 而提高了酶药效。
每分子核糖核酸酶与6.5分子的右旋糖酐结合，可以使酶活力提高 到原有酶活力的2.25倍；
酶分子修饰的条件
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。 ◦ （3）反应体系中酶与修饰剂的比例
α-淀粉酶中的钙离子（Ca2+），谷氨酸脱氢酶中的锌离子 (Zn2+)，过氧化氢酶分子中的铁离子(Fe2+)，酰基氨基酸酶分子 中的锌离子（Zn2+）,超氧化物歧化酶分子中的铜、锌离子 (Cu2+,Zn2+)
若从酶分子中除去其所含的金属离子，酶往往会丧失其催化活 性。如果重新加入原有的金属离子，酶的催化活性可以恢复或 者部分恢复。若用另一种金属离子进行置换，则可使酶呈现出 不同的特性。有的可以使酶的活性降低甚至丧失，有的却可以 使酶的活力提高或者增加酶的稳定性。
酶的化学修饰定义
从广义讲，凡涉及共价或部分共价键的形成或破坏的转 变都可看作是酶的修饰
从狭义讲，酶的化学修饰则是指在较温和的条件下，以 可以控制的方式使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残基或其功能基团发生共价的 化学改变
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 研究和了解酶分子中主链、侧链、组成单位、金属离子
回本章目录
修饰反应专一性的控制
试剂的选择 反应条件的选择 反应的专一性
修饰反应专一性的控制
试剂的选择：选择试剂在很大程度上要 依据修饰的目的。选择蛋白修饰应注意 问题包括：
1）修饰反应要完成到什么程度； 2）对个别氨基酸是否专一； 3）在反应条件下，修饰反应有没有限度； 4）修饰后蛋白的构象是否基本保持不变； 5）是否需要分离修饰后的衍生物； 6）反应是否需可逆； 7）是否适合于建立快速、方便的分析方法。
金属离子置换修饰的过程
a. 酶的分离纯化：首先将欲进行修饰的酶经过分离纯化，除去杂质，获 得具有一定纯度的酶液。 b. 除去原有的金属离子：在经过纯化的酶液中加入一定量的金属螯合剂， 如乙二胺四乙酸（EDTA）等，使酶分子中的金属离子与EDTA等形成螯合物。 通过透析、超滤、分子筛层析等方法，将EDTA-金属螯合物从酶液中除去。 此时，酶往往成为无活性状态。 c. 加入置换离子：于去离子的酶液中加入一定量的另一种金属离子，酶 蛋白与新加入的金属离子结合，除去多余的置换离子，就可以得到经过金属 离子置换后的酶。
反应条件的选择
不造成蛋白质的不可逆变性
有利于专一性修饰蛋白
4.3 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。
非共价修饰
使用一些能与酶非共价地相互作用而又能有效地保护酶的一些添加物， 如聚乙二醇、右旋糖苷等，它们既能通过氢键固定在酶分子表面，也 能通过氢键有效地与外部水相连，从而保护酶的活力。
一些添加物，如多元醇、多糖、多聚氨基酸、多胺等能通过调节酶的 微环Байду номын сангаас来保护酶的活力。
另一类添加物就是蛋白质。蛋白质分子之间相互作用时，其表面区域 内排除了水分子，因而增加了相互作用力，其稳定性也就增加了。
修饰剂的活化：作为修饰剂中含有的基团往往不能直接与酶分子的基团 进行反应而结合在一起。在使用之前一般需要经过活化，然后才可以与 酶分子的某侧链基团进行反应。
修饰：将带有活化基团的大分子修饰剂与经过分离纯化的酶液，以一定 的比例混合，在一定的温度、pH值等条件下反应一段时间，使修饰剂的 活化基团与酶分子的某侧链基团以共价键结合，对酶分子进行修饰。
每分子胰凝乳蛋白酶与11分子右旋糖酐结合，酶活力达到原有酶活 力的5.1倍
大分子修饰(共价)的过程
修饰剂的选择：大分子结合修饰采用的修饰剂是水溶性大分子。例如， 聚乙二醇（PEG）、右旋糖酐、蔗糖聚合物（Ficoll）、葡聚糖、环状糊精、 肝素、羧甲基纤维素、聚氨基酸等。要根据酶分子的结构和修饰剂的特 性选择适宜的水溶性大分子。
和各种物理因素对酶分子空间构象的影响 structure
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4.2 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。
金属离子置换修饰的作用
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 改变酶的动力学特性
(2) 酶的大分子修饰
采用水溶性大分子与酶蛋白的侧链基团(共价)结合使酶分 子的空间构象发生改变，从而改变酶的特性与功能的方法
蛋白质与酶工程 第四章 酶分子 修饰
与化学催化剂相比，酶缺点
医用酶缺点：稳定性差、分子量大、成 本高、来源有限、有异体反应
工业酶缺点：热稳定性差、活力低、耐 受pH范围窄
酶的分子工程
分子生物学水平，即用基因工程方法对 DNA进行分子改造，以获得化学结构 更为合理的酶蛋白
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
共价修饰
用可溶性大分子，如聚乙二醇、右旋糖苷、肝素等，通过共价键连 接于酶分子的表面，形成一层覆盖层。
例如：用聚乙二醇修饰超氧物歧化酶 ，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，延长了酶在体内的半衰期从 而提高了酶药效。
每分子核糖核酸酶与6.5分子的右旋糖酐结合，可以使酶活力提高 到原有酶活力的2.25倍；
酶分子修饰的条件
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。 ◦ （3）反应体系中酶与修饰剂的比例
α-淀粉酶中的钙离子（Ca2+），谷氨酸脱氢酶中的锌离子 (Zn2+)，过氧化氢酶分子中的铁离子(Fe2+)，酰基氨基酸酶分子 中的锌离子（Zn2+）,超氧化物歧化酶分子中的铜、锌离子 (Cu2+,Zn2+)
若从酶分子中除去其所含的金属离子，酶往往会丧失其催化活 性。如果重新加入原有的金属离子，酶的催化活性可以恢复或 者部分恢复。若用另一种金属离子进行置换，则可使酶呈现出 不同的特性。有的可以使酶的活性降低甚至丧失，有的却可以 使酶的活力提高或者增加酶的稳定性。
酶的化学修饰定义
从广义讲，凡涉及共价或部分共价键的形成或破坏的转 变都可看作是酶的修饰
从狭义讲，酶的化学修饰则是指在较温和的条件下，以 可以控制的方式使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残基或其功能基团发生共价的 化学改变
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 研究和了解酶分子中主链、侧链、组成单位、金属离子
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修饰反应专一性的控制
试剂的选择 反应条件的选择 反应的专一性
修饰反应专一性的控制
试剂的选择：选择试剂在很大程度上要 依据修饰的目的。选择蛋白修饰应注意 问题包括：
1）修饰反应要完成到什么程度； 2）对个别氨基酸是否专一； 3）在反应条件下，修饰反应有没有限度； 4）修饰后蛋白的构象是否基本保持不变； 5）是否需要分离修饰后的衍生物； 6）反应是否需可逆； 7）是否适合于建立快速、方便的分析方法。
金属离子置换修饰的过程
a. 酶的分离纯化：首先将欲进行修饰的酶经过分离纯化，除去杂质，获 得具有一定纯度的酶液。 b. 除去原有的金属离子：在经过纯化的酶液中加入一定量的金属螯合剂， 如乙二胺四乙酸（EDTA）等，使酶分子中的金属离子与EDTA等形成螯合物。 通过透析、超滤、分子筛层析等方法，将EDTA-金属螯合物从酶液中除去。 此时，酶往往成为无活性状态。 c. 加入置换离子：于去离子的酶液中加入一定量的另一种金属离子，酶 蛋白与新加入的金属离子结合，除去多余的置换离子，就可以得到经过金属 离子置换后的酶。
反应条件的选择
不造成蛋白质的不可逆变性
有利于专一性修饰蛋白
4.3 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。
非共价修饰
使用一些能与酶非共价地相互作用而又能有效地保护酶的一些添加物， 如聚乙二醇、右旋糖苷等，它们既能通过氢键固定在酶分子表面，也 能通过氢键有效地与外部水相连，从而保护酶的活力。
一些添加物，如多元醇、多糖、多聚氨基酸、多胺等能通过调节酶的 微环Байду номын сангаас来保护酶的活力。
另一类添加物就是蛋白质。蛋白质分子之间相互作用时，其表面区域 内排除了水分子，因而增加了相互作用力，其稳定性也就增加了。
修饰剂的活化：作为修饰剂中含有的基团往往不能直接与酶分子的基团 进行反应而结合在一起。在使用之前一般需要经过活化，然后才可以与 酶分子的某侧链基团进行反应。
修饰：将带有活化基团的大分子修饰剂与经过分离纯化的酶液，以一定 的比例混合，在一定的温度、pH值等条件下反应一段时间，使修饰剂的 活化基团与酶分子的某侧链基团以共价键结合，对酶分子进行修饰。
每分子胰凝乳蛋白酶与11分子右旋糖酐结合，酶活力达到原有酶活 力的5.1倍
大分子修饰(共价)的过程
修饰剂的选择：大分子结合修饰采用的修饰剂是水溶性大分子。例如， 聚乙二醇（PEG）、右旋糖酐、蔗糖聚合物（Ficoll）、葡聚糖、环状糊精、 肝素、羧甲基纤维素、聚氨基酸等。要根据酶分子的结构和修饰剂的特 性选择适宜的水溶性大分子。
和各种物理因素对酶分子空间构象的影响 structure
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4.2 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。