生物催化与生物转化IV.ppt

11.4 酶修饰后的性质变化 热稳定性：一般来说，热稳定性有较大的提高。 抗原性：比较公认的是PEG和人血清白蛋白在消除酶的抗原性上效果比较明显。 各类失活因子的抵抗力：修饰酶对蛋白酶、抑制剂均有一定的抵抗能力，从而提高其稳定性。 半衰期：一般在体内的半衰期得到有效延长。由于酶分子经修饰后，增强对热、蛋白酶、抑制剂等的稳定性，从而延长了在体内的半衰期。 最适pH：大部分酶经化学修饰后，酶的最适pH发生了变化，这种变化在应用研究上有时具有重要意义。修饰酶最适pH更接近于生理环境，在临床应用上有较大意义。 Km的变化：大多数酶经修饰后，Vm没有明显变化，但有些酶经修饰后，Km值变大。 回本章目录 11.5 酶的定向进化 酶分子的合理设计(rational design) 酶分子的定向进化(directed evolution) 酶的合理设计 体外定向进化的意义 理论上，蛋白质分子蕴藏着很大的进化潜力，很多功能有待于开发，这是酶的体外定向进化的基本先决条件。 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。 酶的体外定向进化技术极大地拓展了蛋白质工程学的研究和应用范围，特别是能够解决合理设计所不能解决的问题，为酶的结构与功能研究开辟了崭新的途径，并且正在工业、农业和医药等领域逐渐显示其生命力。 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 DNA改组和外显子改组 DNA改组（DNA shuffling）又称有性PCR(sexual PCR)，原理。 该策略的目的是创造将亲本基因群中的突变尽可能组合的机会，导致更大的变异，最终获取最佳突变组合的酶。通过DNA改组, 不仅可加速积累有益突变，而且可使酶的2个或更多的已优化性质合为一体。 外显子改组（exon shuffling）类似于DNA改组，两者都是在各自含突变的片段间进行交换，前者尤其适用于真核生物。在自然界中，不同分子的内含子间发生同源重组，导致不同外显子的结合，是产生新蛋白质的有效途径之一。与DNA改组不同，外显子改组是靠同一种分子间内含子的同源性带动，而DNA改组不受任何限制，发生在整个基因片段上。 DNA改组原理 定向进化的选择策略 1、定向进化中，突变具有随机性，但通过选择特定方向的突变限定了进化趋势，加之控制实验条件，限定突变种类， 降低突变率，缩小突变库的容量，这不仅减少了工作量，更重要的是加快了酶在某一方向的进化速度。 2、通常,筛选方法必须灵敏,至少与目的性质相关。另有一些其他的筛选方法，如加入能产生可见光信号的底物或利用绿色荧光蛋白的荧光性质等。 高通量的筛选体系 酶 性　　质 突变方法 枯草杆菌蛋白酶E 有机相活性/稳定性 易错PCR β-内酰胺酶 总活力/底物专一性 DNA改组 枯草杆菌蛋白酶BPN′ 稳定性 盒式诱变 对硝基苯酯酶 底物专一性/有机相活性 易错PCR/DNA改组 胸腺嘧啶核苷激酶 底物专一性 盒式诱变 β-半乳糖苷酶 底物专一性 DNA改组 绿色荧光蛋白 荧光 DNA改组 核酶 底物专一性 易错PCR/DNA改组 天冬氨酸酶 活性与稳定性 随机/定位诱变 药物和疫苗 活性/专一性/最佳表达 DNA改组 酶的体外定向进化应用实例 回本章目录 Chapter 11 Modification of Enzyme Molecule 酶的分子修饰 Contents of chapter 11 1、什么是酶分子修饰 2、酶分子修饰的基本要求和条件 3、酶分子的修饰方法 4、酶修饰后的性质变化 Go Go Go Go 5、酶的定向进化 Go 11.1 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。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。 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