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[农学]5酶分子修饰

Chapter 5 Modification of Enzyme Molecule 酶的分子修饰 Contents of chapter 5 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。 酶的分子修饰原因 1. 稳定性不够,不能适应大量生产的需要。 2. 作用的最适条件不符。 3. 酶的主要动力学性质的不适应。 4. 临床应用的特殊要求。 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 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 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 氨基酸置换修饰 酶分子的物理修饰 (1) 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。 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+) 原理: 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。 金属离子置换修饰的过程 a. 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。 b. 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。 c. 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。 (2) 酶的大分子修饰 概念 利用水溶性大分子与酶结合,使酶的空间结构发生某些精细的改变,从而改变酶的特性与功能的方法称为大分子结合修饰法,简称为大分子结合法。 常用的水溶性大分子修饰剂 聚乙二醇、右旋糖酐、蔗糖聚合物(Ficoll)、葡聚糖、环糊精、肝素、羟甲基纤维素、聚氨基酸、乙烯酮、 聚乙二醇是线性分子具有良好的生物相容性和水溶性,在体内无毒性、无残留、无免疫原性,并可消除酶的抗原性,使其末端活化后可以与酶产生交联,因而,它被广泛用于酶的修饰。 大分子修饰(共价)的过程 修饰剂的选择:大分子结合修饰采用的修饰剂是水溶性大分子。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:作为修饰剂中含有的基团往往不能直接与酶分子的基团进行反应而结合在一起。在使用之前一般需要经过活化,然后才可以与酶分子的某侧链基团进行反应。 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。 分离:需要通过凝胶层析等方法进行分离,将具有不同修饰度的酶分子分开,从中获得具有较好修饰效果的修饰酶。 (3)

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