第五章-酶分子的化学修饰课件.ppt
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- 第五 分子 化学 修饰 课件
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1、 酶分子化学修饰:酶分子化学修饰:就是在分子水平上对就是在分子水平上对酶进行改造,以达到改构和改性的目的。酶进行改造,以达到改构和改性的目的。在体外将酶分子通过人工的方法与一些在体外将酶分子通过人工的方法与一些化学物质,特别是一些有生物相容性的化学物质,特别是一些有生物相容性的物质进行共价连接,从而改变酶的结构物质进行共价连接,从而改变酶的结构和性质。这些化学物质称为修饰试剂,和性质。这些化学物质称为修饰试剂,酶化学修饰主要用于基础酶学的研究和酶化学修饰主要用于基础酶学的研究和疾病治疗。疾病治疗。=在基础酶学研究上在基础酶学研究上4探测酶活性必需氨基酸的性质和数目探测酶活性必需氨基酸的性质和数
2、目4酶蛋白一级结构的测定酶蛋白一级结构的测定4酶蛋白的结构变化与运动酶蛋白的结构变化与运动4酶蛋白部分区域的构象状态酶蛋白部分区域的构象状态4酶的作用机理与催化反应历程酶的作用机理与催化反应历程4酶分子的拓扑学以及寡聚酶的亚基结合状态酶分子的拓扑学以及寡聚酶的亚基结合状态4酶的固定化技术酶的固定化技术4酶纯度的分析与检测酶纯度的分析与检测=在疾病治疗上在疾病治疗上4克服酶在体内的不稳定性克服酶在体内的不稳定性 4消除或降低酶的抗原性消除或降低酶的抗原性4有助于酶分子到达并集中于病灶细胞有助于酶分子到达并集中于病灶细胞=在工业上的应用在工业上的应用4酶稳定性提高,使生产成本降低酶稳定性提高,使生
3、产成本降低4反应条件的改善和酶寿命的延长导致生产工反应条件的改善和酶寿命的延长导致生产工艺的技术革新和改进。艺的技术革新和改进。第一节第一节 酶分子的化学修饰方法酶分子的化学修饰方法第二节第二节 酶化学修饰的基本要求酶化学修饰的基本要求第三节第三节 酶蛋白肽链的大分子修饰酶蛋白肽链的大分子修饰第四节第四节 修饰酶的化学性质修饰酶的化学性质一、酶的表面修饰一、酶的表面修饰(一)化学固定化:(一)化学固定化:一般是直接通过一般是直接通过酶表面的氨基酸残基将酶分子共价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,入,使酶所处的
4、微环境发生改变,进而改变了酶的性质,特别是动力进而改变了酶的性质,特别是动力学性质发生了改变。学性质发生了改变。l(二)酶的小分子修饰作用(二)酶的小分子修饰作用l主要是利用一些小分子修饰试剂,主要是利用一些小分子修饰试剂,通过共价结合来修饰酶的一些基通过共价结合来修饰酶的一些基团(如团(如-COO-、-NH3+、-SH、-OH、咪唑基等),提高酶的稳定、咪唑基等),提高酶的稳定性。常用的小分子修饰试剂有乙性。常用的小分子修饰试剂有乙基、糖基和甲基等。基、糖基和甲基等。(三)酶的大分子修饰作用(三)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:可分为非共价修饰和共价修饰两大类:1、大分子
5、非共价修饰:、大分子非共价修饰:利用一些大分子试剂通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,降低过相互作用,排除分子表面的水分子,
6、降低介电常数,使酶的稳定性增加。介电常数,使酶的稳定性增加。2、大分子共价修饰:、大分子共价修饰:利用一些可溶性利用一些可溶性大分子,通过共价键连接于酶分子大分子,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如用聚乙二醇共价修饰超氧化物歧化酶(化酶(SODSOD),不仅可以降低或消除),不仅可以降低或消除酶的抗原性,而且提高了抗蛋白酶酶的抗原性,而且提高了抗蛋白酶的能力,延长了半衰期,从而提高的能力,延长了半衰期,从而提高了药效。了药效。(四)分子内交联:(四)分子内
7、交联:增加酶分增加酶分子表面的交联键数目是提高子表面的交联键数目是提高酶稳定性的有效方法之一,酶稳定性的有效方法之一,例如胰凝乳蛋白酶上的羧基例如胰凝乳蛋白酶上的羧基经过羰二亚胺活化后,可以经过羰二亚胺活化后,可以与一系列二胺发生作用,使与一系列二胺发生作用,使酶的稳定性得到改善。酶的稳定性得到改善。(五)分子间交联:(五)分子间交联:利用一些双功能利用一些双功能或多功能试剂将不同的酶交联在一或多功能试剂将不同的酶交联在一起形成杂化酶。例如用戊二醛把胰起形成杂化酶。例如用戊二醛把胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶交联在一起,蛋白酶和胰凝乳蛋白酶交联在一起,可以降低胰凝乳蛋白酶的自溶性;可以降低胰凝乳蛋白酶
8、的自溶性;将胰蛋白酶与碱性磷酸脂酶交联形将胰蛋白酶与碱性磷酸脂酶交联形成的杂化酶可作为部分代谢途径的成的杂化酶可作为部分代谢途径的模型。模型。(六)脂质体包埋:(六)脂质体包埋:一些医药用酶,一些医药用酶,如如 SODSOD、溶菌酶等,由于分子量较、溶菌酶等,由于分子量较大,不易进入人体细胞内,而且在大,不易进入人体细胞内,而且在体内半衰期短,产生免疫原性反应;体内半衰期短,产生免疫原性反应;用脂质体包埋法纪可解决这些问题。用脂质体包埋法纪可解决这些问题。制止提是天然脂类或类固醇组成的制止提是天然脂类或类固醇组成的 微球体,酶分子包埋在其内部,可微球体,酶分子包埋在其内部,可以通过与细胞的膜融
9、合或内吞作用以通过与细胞的膜融合或内吞作用而进入细胞内。而进入细胞内。l(七)反相胶团微囊化:(七)反相胶团微囊化:这是近年这是近年来发展起来的酶在有机相中进行催来发展起来的酶在有机相中进行催化的技术,反相胶团中酶的稳定性化的技术,反相胶团中酶的稳定性大大提高;一些表面活性剂溶解在大大提高;一些表面活性剂溶解在非极性有机溶剂中时可自发地形成非极性有机溶剂中时可自发地形成近似球状的反相胶团,反相胶团是近似球状的反相胶团,反相胶团是表面活性剂的疏水尾部朝外而极性表面活性剂的疏水尾部朝外而极性头部朝内的微胶团,其内部可容纳头部朝内的微胶团,其内部可容纳一定量的水,酶溶解在其中避免变一定量的水,酶溶解
10、在其中避免变性(见图)。性(见图)。加加H2O 疏水尾部疏水尾部 亲水头部亲水头部 加酶液加酶液 S PEEE 图:反相胶团的结构和酶的分布图:反相胶团的结构和酶的分布二、酶分子的内部修饰二、酶分子的内部修饰(一)非催化活性基团的修饰:(一)非催化活性基团的修饰:通过对非通过对非催化残基的修饰可以改变酶的动力学性催化残基的修饰可以改变酶的动力学性质,改变酶对特殊底物的亲和力;通常质,改变酶对特殊底物的亲和力;通常可被修饰的氨基酸残基既可以是亲核的,可被修饰的氨基酸残基既可以是亲核的,也可以是亲电子的,还可以是是可氧化也可以是亲电子的,还可以是是可氧化残基。残基。(二)酶蛋白主链的修饰:(二)酶
11、蛋白主链的修饰:主要是靠酶法主要是靠酶法进行修饰,用蛋白酶对主联进行部分水进行修饰,用蛋白酶对主联进行部分水解,可以改变酶的催化特性解,可以改变酶的催化特性。(三)催化活性基团的修饰:(三)催化活性基团的修饰:通过选择通过选择性修饰催化活性氨基酸的侧链来实现性修饰催化活性氨基酸的侧链来实现氨基酸残基的取代,使一种氨基酸侧氨基酸残基的取代,使一种氨基酸侧链转化为另一种氨基酸侧链,这种方链转化为另一种氨基酸侧链,这种方法又称为化学突变法。法又称为化学突变法。(四)肽链伸展后的修饰:(四)肽链伸展后的修饰:酶蛋白经过酶蛋白经过脲、盐酸胍处理,使肽链充分伸展,脲、盐酸胍处理,使肽链充分伸展,对酶分子内
12、部的疏水基团进行修饰,对酶分子内部的疏水基团进行修饰,然后在适当条件下,重新进行折叠。然后在适当条件下,重新进行折叠。三、与辅因子相关的修饰三、与辅因子相关的修饰对依赖辅因子的酶可用两种方法进行修饰:对依赖辅因子的酶可用两种方法进行修饰:w如果辅因子与酶是非共价结合的如果辅因子与酶是非共价结合的,可以将可以将辅因子共价结合于酶分子上;辅因子共价结合于酶分子上;w引入新的具有更强反应的辅因子。引入新的具有更强反应的辅因子。四、金属酶的金属取代四、金属酶的金属取代 酶分子中的金属离子可以被其他金酶分子中的金属离子可以被其他金属离子取代,可以改变酶的专一性、稳属离子取代,可以改变酶的专一性、稳定性等
13、。定性等。一、被修饰酶的性质一、被修饰酶的性质(一)酶的稳定性:(一)酶的稳定性:包括热稳定性、酸包括热稳定性、酸碱稳定性,作用温度以及碱稳定性,作用温度以及pHpH,酶蛋白,酶蛋白解离时的电化学性质,抑制剂的性质解离时的电化学性质,抑制剂的性质等。等。(二)酶活性中心的状况:(二)酶活性中心的状况:包括酶分子包括酶分子活性中心的组成,如参与活性中心的活性中心的组成,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。状、大小以及寡聚酶的亚基组成。(三)酶侧链基团的性质与反应性质(三)酶侧链基团的性质与反应性质1 1、对巯基的化学修饰:
14、、对巯基的化学修饰:常用的修饰试剂有烷化剂、汞试剂常用的修饰试剂有烷化剂、汞试剂和和EllmanEllman试剂等。试剂等。2 2、氨基的化学修饰:、氨基的化学修饰:常用的修饰试剂有乙酸酐、常用的修饰试剂有乙酸酐、2 2,4 4,6-6-三硝基苯磺酸、三硝基苯磺酸、2 2,4-4-二硝基氟苯、烷基二硝基氟苯、烷基化试剂、丹磺酰氯化试剂、丹磺酰氯(DNS)(DNS)和苯异硫氰酸酯和苯异硫氰酸酯(PITCPITC)等。)等。3 3、羧基的化学修饰:、羧基的化学修饰:水溶性羰二亚胺或氨化反应、水溶性羰二亚胺或氨化反应、硼氟化三甲锌盐反应、甲醇硼氟化三甲锌盐反应、甲醇-盐酸盐酸酯化反应等。酯化反应等。
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