第6章 酶分子修饰.ppt

6.4 酶分子修饰的应用 一、在酶学研究方面的应用 酶的活性中心研究 酶的空间结构研究 酶的作用机制研究 通过酶分子作用，可以了解各种残基及其侧链基团在酶催化过程中的作用。常用的修饰方法有： 亲和标记法 差别标记法 氨基酸置换法 核苷酸置换法 BACK 二、在医药方面的应用 酶在疾病的诊断、治疗和药物的生产方面有广泛用途。然而由于酶在体内不稳定，具有抗原性，半衰期，严重影响其使用效果。通过酶的分子修饰，可以： 降低或者消除其抗原性 增强医药用酶的稳定性 延长酶的半衰期 三、在工业方面的应用 由于酶具有专一强、催化效率高、条件温和等显著特点，已在食品、轻工、化工等工业生产中广泛应用。然而由于酶的活力较低，稳定性较差，使其应用受到限制。通过酶分子修饰，可以： 提高工业用酶的活力 增强工业用酶的稳定性 改变酶的动力学特性 四、在抗体酶研究开发方面的应用 抗体酶（abzyme）又称为催化性抗体（catalytic antibody），是一类具有催化功能的抗体。 抗体酶可以通过诱导法或修饰法产生。 诱导法是在免疫系统中采用半抗原或酶抗原进行诱导产生。 修饰法是将抗体进行分子修饰，即采用氨基酸置换修饰或者侧链基团修饰，在抗体与抗原的结合部位引进催化基团，而成为具有催化活性的抗体酶。 五、在核酸酶人工改造方面的应用 如果采用核苷酸置换修饰，将保守核苷酸以外的某个或某些核苷酸置换，就可以获得各种不同的人造核酸类酶。 如果对某些核苷酸残基进行修饰，连接上氨基酸等有机化合物，就有可能扩展核酸类酶的结构多样性，从而扩展其催化功能，提高酶的催化活力。 如果采用核苷酸置换修饰，通过定位突变技术将RNA分子中的尿苷酸置换为胸苷酸；再采用侧链基团修饰，脱去RNA分子中的2′-OH，则核酸类酶有可能成为脱氧核酸类酶。 如果通过侧链基团修饰，将一部分2’-OH去除。就可以获得含有一部分脱氧核苷酸的核酸类酶，有可能使其稳定性得以提高。 六、在有机介质酶催化反应的应用 有机介质中酶的催化通常采用冻干的酶粉悬浮在有机介质中,不能均匀的分布,催化效率低。 对酶分子进行侧链基团修饰，酶分子表面的基团增强疏水性，就可能使酶溶解于有机溶剂，提高酶的催化效率。 常见基团的化学修饰反应：氨基 BACK 常见基团的化学修饰反应：羧基 BACK 常见基团的化学修饰反应：巯基 BACK 常见基团的化学修饰反应：胍基 BACK 常见基团的化学修饰反应：酚羟基 BACK 常见基团的化学修饰反应：咪唑基 BACK 常见基团的化学修饰反应：色氨酸吲哚基 BACK 胰蛋白酶原的激活 BACK 通过修饰可以增强酶的稳定性 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一半时所经过的时间。不同酶有不同的半衰期，相同的酶在不同条件下，半衰期也不一样。酶的半衰期越长，则说明酶的稳定性好，半衰期短，则稳定性差。有些药物在进入体内后。往往稳定性差，半衰期短。例如，超氧化物歧化酶（SOD）在人体血浆中的半衰期只有6 ～30min；尿激酶在人体内的半衰期仅为2～20min。为此，如何增加酶的稳定性，延长酶的半衰期，是酶工程研究的一个重要课题。 大分子结合修饰对酶的稳定性增强具有显著的效果可以与酶分子结合的大分子有水溶性和水不溶性两类。如木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、胰蛋白酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶（SOD）等经过大分子结合修饰，稳定性均显著提高。 超氧化物歧化酶（superoxide dismutase ,SOD;EC1.15.1.1)催化超氧负离子（O2-）进行氧化还原反应，生成氧和过氧化氢。具有抗氧化、抗辐射、抗衰老的功效，但是其在血浆中的半衰期仅为6～30min，经过大分子结合修饰，其稳定性显著提高，半衰期延长70～350倍。 天然SOD与修饰后SOD在人体血浆中的半衰期 酶 半衰期 相对稳定性 天然SOD 6 min 1 右旋糖酐-SOD 7 h 70 Ficoll(低分子量)–SOD 14 h 140 Ficoll(高分子量)–SOD 24 h 240 聚乙二醇-SOD 35 h 350 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性蛋白质。当酶蛋白进入人体后，往往会成为一种抗原。刺激体内产生抗体。当这种酶再次进入体内时，产生的抗体可与作为抗原的酶特异性地结合，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，可以大大降低甚至消除酶的抗原性，从而保持酶的催化功能。例如，具有抗癌作用的精氨酸酶经