第9章 酶分子改造和修饰.pdf

2013年11月4 日星期一 Chapter 9 Modification of Enzyme Molecule 酶分子改造和修饰 总学时32学时 （选修，考查，2学分） 理论：22学时 实验：10学时 成绩 • 本课程总成绩评定  平时 20%  实验成绩 20%  期末考核 60% Contents of chapter 9 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 5、酶的定向进化 9.1 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、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 9.2 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。 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 9.3 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 • 核苷酸链有限水解修饰 • 氨基酸置换修饰 • 核苷酸置换修饰 • 酶分子的物理修饰 第一节 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。 有些酶分子中含有金属离子，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。 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。 一、金属离子置换修饰的过程或方法 1. 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。 2. 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。 3. 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。 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。 二、