酶程 第四章酶分子修饰 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过程称为酶分子修 饰 酶分子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 正是酶分子的完整空间结构赋予酶分子以生物催 化功能,使酶具有催化效率高、专一性强和作用 条件温和等特点。但是在另一方面,也是酶的分 子结构使酶具有稳定性较差、活性不够高和可能 具有抗原性等弱点。 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。 College of Life Science 生命科学学院
第四章 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过程称为酶分子修 饰。 • 酶分子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。 正是酶分子的完整空间结构赋予酶分子以生物催 化功能，使酶具有催化效率高、专一性强和作用 条件温和等特点。但是在另一方面，也是酶的分 子结构使酶具有稳定性较差、活性不够高和可能 具有抗原性等弱点。 • 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
酶程 第一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 子修饰。 ·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,有利于闻明酶的催化作 用机制,并有可能提高酶活力,增加酶的稳定性。 College of Life Science 生命科学学院
第一节 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 子修饰。 • 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，增加酶的稳定性
工程 有些酶中含有金属离子,而且往往是酶活性中 的组成部分,对酶催化功能的发挥有重要作用 例如,α-淀粉酶中的钙离子(Ca2-)、谷氨酸脱 氢酶中的锌离子(Zη2)、过氧化氢酶中的铁离 子(Fe2+)等。 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,如Ca2+、 Mg2、Mn2+、Zn2、C02+、Cu2、Fe2等。 College of Life Science 生命科学学院
• 有些酶中含有金属离子，而且往往是酶活性中心 的组成部分，对酶催化功能的发挥有重要作用。 例如，α-淀粉酶中的钙离子（Ca2+）、谷氨酸脱 氢酶中的锌离子（Zn2+）、过氧化氢酶中的铁离 子（Fe2+）等。 • 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，如 Ca2+ 、 Mg2+ 、Mn2+、Zn2+ 、Co2+ 、Cu2+ 、Fe2+等
酶程 第二节大分子结合修饰 若采用的修饰剂是水溶性大分子,则称为大分子 结合修饰。通过分子结合修饰,可以提高酶活力 增加酶的稳定性,降低或消除酶蛋白的抗原性等。 (1)水溶性分子与酶蛋白的侧链基团通过共价键结合 后,可使酶的空间构象发生改变,使酶活性中心更有 利于与底物结合,并形成准确的催化部位,从而使酶 活力提高。例如,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; 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51倍等 College of Life Science 生命科学学院
第二节 大分子结合修饰 • 若采用的修饰剂是水溶性大分子，则称为大分子 结合修饰。通过分子结合修饰，可以提高酶活力， 增加酶的稳定性，降低或消除酶蛋白的抗原性等。 – （1）水溶性分子与酶蛋白的侧链基团通过共价键结合 后，可使酶的空间构象发生改变，使酶活性中心更有 利于与底物结合，并形成准确的催化部位，从而使酶 活力提高。例如，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； 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倍等
酶程 (2)通过修饰可以增加酶的稳定性。酶的稳定性可以 用酶的半衰期表示。酶的半衰期是指酶的活力降低到 原来活力的一半时所经过的时间。酶的半衰期长,则 说明酶的稳定性好;半衰期短,则稳定性差。例如, 超氧化物歧化酶(SOD)在人体血浆中的半衰期仅为 6min,经过分子结合修饰,其半衰期可以明显延长。 表2-8天然SOD与修饰后SOD在人体血浆中的半衰期 酶 半衰期 天然SOD 61 min 右旋糖酐SOD 7h ficoll(低相对分子质量)SOD 14h ficoll(高相对分子质量)SOD 24h 聚乙二醇SOD 35h College of Life Science 生命科学学院
– （2）通过修饰可以增加酶的稳定性。酶的稳定性可以 用酶的半衰期表示。酶的半衰期是指酶的活力降低到 原来活力的一半时所经过的时间。酶的半衰期长，则 说明酶的稳定性好；半衰期短，则稳定性差。例如， 超氧化物歧化酶（ SOD）在人体血浆中的半衰期仅为 6min，经过分子结合修饰，其半衰期可以明显延长
酶程 (3)通过修饰降低或消除酶蛋白的抗原性。酶大多数 是从微生物、植物或动物中获得的,对人体来说是 种外源蛋白质。当酶蛋白非经口(注射等)进入人体 后,往往会成为一种抗原,刺激体内产生抗体。产生 的抗体可与作为抗原的酶特异地结合,使酶失去其催 化功能。抗体与抗原的特异结合是由它们之间特定的 分子结构所引起的。通过酶分子修饰,使酶蛋白的结 构发生改变,可以大大降低或消除酶的抗原性,从而 保持酶的催化功能。例如,精氨酸酶经聚乙二醇结合 修饰后,其抗原性显著降低;L-天冬酰胺酶经聚乙二 醇结合修饰后,抗原性完全消除。 College of Life Science 生命科学学院
– （3）通过修饰降低或消除酶蛋白的抗原性。酶大多数 是从微生物、植物或动物中获得的，对人体来说是一 种外源蛋白质。当酶蛋白非经口（注射等）进入人体 后，往往会成为一种抗原，刺激体内产生抗体。产生 的抗体可与作为抗原的酶特异地结合，使酶失去其催 化功能。抗体与抗原的特异结合是由它们之间特定的 分子结构所引起的。通过酶分子修饰，使酶蛋白的结 构发生改变，可以大大降低或消除酶的抗原性，从而 保持酶的催化功能。例如，精氨酸酶经聚乙二醇结合 修饰后，其抗原性显著降低；L-天冬酰胺酶经聚乙二 醇结合修饰后，抗原性完全消除
酶程 第三节肽链有限水解修饰 ·酶分子的主链包括肽链和核苷酸链,主链被切断后,可能 出现下列3种情况。 ①若主链的断裂引起酶活性中心的破坏,酶将丧失其催化功能。 这种修饰主要用于探测酶活性中心的位置。 ②若主链断裂后,仍然可以维持酶活性中心的空间构象,则酶的 催化功能可以保持不变或损失不多,但是其抗原性等特性将发生 改变。有些酶蛋白具有抗原性,除了酶分子的结构特点以外,还 由于酶是生物大分子。酶蛋白的抗原性与其分子大小有关,大分 子的外源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,其相对分子质量减少,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。 College of Life Science 生命科学学院
第三节 肽链有限水解修饰 • 酶分子的主链包括肽链和核苷酸链，主链被切断后，可能 出现下列 3种情况。 –①若主链的断裂引起酶活性中心的破坏，酶将丧失其催化功能。 这种修饰主要用于探测酶活性中心的位置。 –②若主链断裂后，仍然可以维持酶活性中心的空间构象，则酶的 催化功能可以保持不变或损失不多，但是其抗原性等特性将发生 改变。有些酶蛋白具有抗原性，除了酶分子的结构特点以外，还 由于酶是生物大分子。酶蛋白的抗原性与其分子大小有关，大分 子的外源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，其相对分子质量减少，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
工程 ③若主链的断裂有利于酶活性中心的形成,则可使酶 分子显示其催化功能或使酶活力提高。例如,胰蛋白 酶原用胰蛋白酶进行修饰,除去一个六肽,从而显示 胰蛋白酶的催化功能;天冬氨酸酶通过胰蛋白酶修饰, 从其羧基末端切除10多个氨基酸残基的肽段,可以使 天冬氨酸酶的活力提高4~5倍;线性间隔序列LⅣS 的5′-末端切除19个核苷酸残基后,形成多功能核酸 类酶L-19ⅣS。 College of Life Science 生命科学学院
–③若主链的断裂有利于酶活性中心的形成，则可使酶 分子显示其催化功能或使酶活力提高。例如，胰蛋白 酶原用胰蛋白酶进行修饰，除去一个六肽，从而显示 胰蛋白酶的催化功能；天冬氨酸酶通过胰蛋白酶修饰， 从其羧基末端切除 10多个氨基酸残基的肽段，可以使 天冬氨酸酶的活力提高 4~5倍；线性间隔序列 L IVS 的 5′-末端切除 19 个核苷酸残基后，形成多功能核酸 类酶 L-19 IVS
酶程 第四节酶蛋白的侧链基团修饰 采用一定的方法(一般为化学法)使酶蛋白的侧链基团发 生改变,从而改变酶分子的特性和功能的修饰方法称为侧 链基团修饰。 酶蛋白的侧链基团修饰可以用于研究各种基团在酶分子中 的作用及其对酶的结构、特性和功能的影响,在研究酶的 活性中心中的必需基团时经常采用。如果某基团修饰后不 引起酶活力的变化,则可以认为此基团是非必需基团;如 果某基团修饰后使酶活力显著降低或丧失,则此基团很可 能是酶催化的必需基团。 酶蛋白的侧链基团是指组成蛋白质的氨基酸残基上的功能 团,主要包括氨基、羧基、巯基、胍基、酚基等。这些基 团可以形成各种副键,对酶蛋白空间结构的形成和稳定有 重要作用。侧链基团一旦改变将引起酶蛋白空间构象的改 变,从而改变酶的特性和功能。 College of Life Science 生命科学学院
第四节 酶蛋白的侧链基团修饰 • 采用一定的方法（一般为化学法）使酶蛋白的侧链基团发 生改变，从而改变酶分子的特性和功能的修饰方法称为侧 链基团修饰。 • 酶蛋白的侧链基团修饰可以用于研究各种基团在酶分子中 的作用及其对酶的结构、特性和功能的影响，在研究酶的 活性中心中的必需基团时经常采用。如果某基团修饰后不 引起酶活力的变化，则可以认为此基团是非必需基团；如 果某基团修饰后使酶活力显著降低或丧失，则此基团很可 能是酶催化的必需基团。 • 酶蛋白的侧链基团是指组成蛋白质的氨基酸残基上的功能 团，主要包括氨基、羧基、巯基、胍基、酚基等。这些基 团可以形成各种副键，对酶蛋白空间结构的形成和稳定有 重要作用。侧链基团一旦改变将引起酶蛋白空间构象的改 变，从而改变酶的特性和功能
工程 1氨基修饰 采用某些化合物使酶蛋白侧链上的氨基发生改变,从而改变酶蛋 白的空间构象的方法称为氨基修饰 凡能够使蛋白质侧链上的氨基发生改变的化合物,称为氨基修饰 剂,主要有:亚硝酸、二硝基氟苯、醋酸酐、琥珀酸酐、二硫化 碳、乙亚胺甲酯、-甲基异脲、顺丁烯二酸酐等。这些氨基修饰 剂作用于蛋白质侧链上的氨基,可以产生脱氨基作用或与氨基共 价结合将氨基屏蔽起来。例如,用亚硝酸修饰夭冬酰胺酶,使其 氨基末端的亮氨酸和肽链中的赖氨酸残基上的氨基产生脱氨基作 用,变成羟基。经过修饰后,酶的稳定性大大提高,使其在体内 的半衰期延长2倍;用○-甲基异脲修饰溶菌酶,使酶分子中的赖 氨酸残基上的氨基与它结合,将氨基屏蔽起来,修饰后,酶活力 基本不变,但稳定性显著提高,而且很容易形成结晶。 College of Life Science 生命科学学院
• 1.氨基修饰 – 采用某些化合物使酶蛋白侧链上的氨基发生改变，从而改变酶蛋 白的空间构象的方法称为氨基修饰。 – 凡能够使蛋白质侧链上的氨基发生改变的化合物，称为氨基修饰 剂，主要有：亚硝酸、二硝基氟苯、醋酸酐、琥珀酸酐、二硫化 碳、乙亚胺甲酯、O-甲基异脲、顺丁烯二酸酐等。这些氨基修饰 剂作用于蛋白质侧链上的氨基，可以产生脱氨基作用或与氨基共 价结合将氨基屏蔽起来。例如，用亚硝酸修饰天冬酰胺酶，使其 氨基末端的亮氨酸和肽链中的赖氨酸残基上的氨基产生脱氨基作 用，变成羟基。经过修饰后，酶的稳定性大大提高，使其在体内 的半衰期延长 2倍；用 O-甲基异脲修饰溶菌酶，使酶分子中的赖 氨酸残基上的氨基与它结合，将氨基屏蔽起来，修饰后，酶活力 基本不变，但稳定性显著提高，而且很容易形成结晶