酶的分子修饰

蛋白质与酶工程中关于酶的分子修饰章节，酶的分子修饰，详细的总结了酶分子化学修饰的方法，酶分子化学修饰的应用，酶分子化学修饰的意义及机制。

酶的分子修饰

• 酶分子化学修饰的意义及机制
  • 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称为酶分子修饰
  • 酶化学修饰的背景
    • 研究酶的结构与功能的关系。（50年代末）
    • 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）
  • 机制
    • (1)修饰提高酶活性
      • 一级结构修饰后发生改变很多情况下会引起高级结构发生改变,从而改变蛋白功能(包括酶活力)
    • (2)增强酶的稳定性
      • 热稳定性
        • 可与酶内部基团形成多点交联。使酶的天然构象产生“刚性”结构
      • 对抑制剂稳定性
      • 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”了酶的活性部位
      • 对水解酶的稳定性
        • 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
    • (3)消除抗原性
      • 酶蛋白氨基酸组成的抗原决定簇，与修饰剂形成了共价键
• 酶分子化学修饰的应用
  • 酶学上的研究
    • 亲和标记
    • 差示标记
  • 医药
  • 工业
  • 抗体酶
    • 一种具有催化功能的抗体分子，在其可变区赋予了酶的属性
    • 它是利用现代生物学与化学的理论与技术交叉研究的成果，是抗体的高度选择性和酶的高效催化能力巧妙结合的产物
  • 非水相
    • 非水相催化难题在于酶不溶解于有机溶剂
    • 酶的溶解性下降导致非均相催化带来传质问题
    • 可修饰上疏水基团，增加酶子在有机溶剂中溶解性
• 酶分子化学修饰的方法
  • 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
    • 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
    • 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
    • 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
  • 大分子结合修饰(共价/非共价;结合水溶性大分子)
    • 修饰剂的选择
      • 采用的修饰剂是水溶性大分子。(均相反应,无毒害)
        • 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
    • 修饰剂的活化
    • 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
    • 纯化
  • 侧链基团修饰(多结合水溶解性小分子)
    • 原理
      • 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
      • 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。(一级结构是基础)
      • 对非催化基团修饰可改变酶的动力学性质，改变酶对特殊底物的束缚能力。 (改变对底物亲和能力)
      • 对催化活性基团可以通过选择性修饰侧链成分来实现氨基酸的取代。(改变催化性质)
    • 氨基的修饰
    • 羧基的修饰
    • 巯基的修饰
    • 胍基的修饰
    • 酚羟基的修饰
    • 咪唑基的修饰
    • 吲哚基的修饰
    • 分子内的修饰
      • 提高酶蛋白稳定性
      • 多用双功能试剂，如戊二醛，已二氨
  • 肽链有限水解修饰
    • 利用酶分子主链的切断和连接，使酶分子的化学结构及其空间结构发生某些改变
    • 酶有限水解：意味着水解酶量和时间相对少
    • 同时由于水解部位氨基酸”埋”在蛋白位置差异,氨基酸周围肽段引起的氨基酸pK值和电性变化,使同样氨基酸部位水解程度也可能不同
  • 核苷酸剪切修饰
  • 核苷酸置换修饰
  • 氨基酸置换修饰
  • 酶分子的物理修饰
    • 通过物理修饰，可以了解不同物理条件下，特别是在极端条件下（高温、高压、高盐、极端pH值等）由于酶分子空间构象的改变而引起酶的特性和功能的变化情况
    • 特点在于不改变酶的组成单位及其基团，(与前五种方法区别)酶分子中的共价键不发生改变，只是在物理因素的作用下，副键发生某些变化和重排