酶分子的修饰与应用

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1、第四章酶分子的修饰与应用第一节酶分子的主链修饰第二节酶的侧链基团修饰第三节酶的组成单位置换修饰第四节金属离子置换修饰第五节酶分子的物理修饰第六节酶分子修饰的应用酶是具有完整的化学结构和空间结构的生物大分子。酶分子的结构决定了酶的性质和功能。当酶分子的结构发生改变时，将会引起酶的性质和功能的改变。正是酶分子的完整结构赋予酶分子以生物催化功能，使酶具有催化效率高、专一性强和作用条件温和的特点。但是在另一方面，也使酶的分子结构具有稳定性差、活性不够高和可能具有抗原性等弱点使酶的应用受到限制。为了克服酶的弱点，人们进行了酶分子修饰方面的研究。通过各种方法使酶分子的

2、结构发生某些改变，从而改变酶的某些特性和功能的过程称为酶分子修饰。意义：提高酶的活力；增强酶的稳定性；降低或消除酶的抗原性。第一节酶分子的主链修饰肽链是蛋白酶的主链；核苷酸链是核酸类酶的主链。利用酶分子主链的切断和连接，使酶分子的化学结构发生某些改变，从而改变酶的特性和功能的方法，称为酶分子的主链修饰。意义：提高酶的活力；增强酶的稳定性；降低或消除酶的抗原性；并可以知道酶活性中心在主链上的位置，从而了解主链的不同位置对酶的催化功能的贡献等。一、主链的切断修饰主链被切断后，可能出现下列三种情况。（1）、若主链的断裂引起酶活性中心的破坏，酶将丧失其催化功能，这

3、种修饰主要用于探测酶活性中心的位置。（2）、若主链断裂后，仍然可以维持酶活性中心的空间构象，则酶的催化功能可以保持不变或损失不多，但是其抗原性等特性将发生改变。这将提高某些酶特别是药用酶的使用价值。药用酶大多数来自各种动物、植物或微生物，当其进入体内后，对于机体来说，酶是一种外源物质，在它的刺激下，体内会运用某些机制对其进行排斥。除了酶分子的结构特点以外，还由于酶是生物大分子，所以有些酶蛋白具有抗原性。酶蛋白的抗原性与其分子大小有关，大分子的酶蛋白往往有较强的抗原性，而小分子的蛋白质或肽段的抗原性较低或无抗原性。若采用适当的方法使酶分子的肽链在特定的位点断

4、裂，其分子质量减少，就可以在基本保持酶活力的同时使酶的抗原性降低或消失，这种修饰方法又称为肽链有限水解修饰。例如木瓜蛋白酶用亮氨酸氨肽酶进行有限水解，除去其肽链的三分之二，该酶的活力基本保持，其抗原性性却大大降低；又如，酵母的烯醇化酶经肽链有限水解，除去由150个氨基酸残基组成的肽段后，酶活力仍然可以保持，抗原性却显著降低。③若主链的断裂有利于酶活性中心的形成，则可使酶分子显示其催化功能或使酶活力提高。有些生物体可以通过生物合成得到不显示酶催化活性的酶原，这些酶原分子经过适当的修饰，可以转化为具有催化活性的酶。例如，胰蛋白酶原本来没有催化活性，当受到胰蛋白

5、酶或肠激酶的修饰作用，从N_端除去一个六肽(Val—Asp—Asp—Asp—Asp—Lys)后，就显示胰蛋白酶的催化功能，某些RNA分子原本也不具有催化活性，经过适当的修饰作用，在适当位置去除一部分核苷酸残基以后，可以显示酶的催化活性，成为一种核酸类酶。有些酶原来活性较低，通过酶分子主链修饰可以显著提高酶的催化活性．例如，天冬氨酸酶通过胰蛋白酶修饰，从其羧基末端切除10个氨基酸残基的肽段，可以使天冬氨酸酶的活力提高5倍左右。二、主链的连接修饰将两种或两种以上的酶通过主链连接在一起，形成一个酶分子具有两种或多种催化活性的修饰方法称为酶的主链连接修饰。在一个酶

6、分子上具有两种或多种催化活性的酶称为多酶融合体。第二节酶的侧链基团修饰采用一定的方法（一般为化学法）使酶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称为侧链基团修饰。意义（1）、通过酶分子侧链基团修饰，可以研究各种基团在酶分子中的作用及其对酶的结构、特性和功能的影响，并可以用于研究酶的活性中心的必须基团。如果某基团修饰后不引起酶活力的显著变化，则可以认为此基团属于非必须基团。（2）、通过酶分子侧链基团修饰，可以测定某一种基团在酶分子中的数量，例如，采用三硝基苯磺酸测定氨基的数量；用对汞苯甲酸测定巯基的数量；用碳二亚胺测定羧基的数量；用四唑重氮盐

7、测定咪唑基的数量等。（3）、酶分子侧链基团修饰，在酶工程方面可以提高酶的活力、增加酶的稳定性、降低酶的抗原性，并且可以引起酶催化特性和催化功能的改变，以提高酶的使用价值。（4）、酶分子侧链基团修饰，还可以获得自然界原来不存在的新酶种，例如，某些抗体酶和人工改造的核酸类酶。酶有蛋白类酶和核酸类酶。它们的侧链基团不同，修饰方法也有所区别。(1)蛋白类酶主要由蛋白质组成，酶蛋白的侧链基团是指组成蛋白质的氨基酸残基上的功能团，主要包括氨基、羧基、巯基、胍基、酚基、咪唑基、吲哚基等。这些基团可以形成各种副键，对酶蛋白空间结构的形成和稳定有重要作用。侧链基团一旦改变将

8、引起酶蛋白空间构象的改变，从而改变酶的特性和功能。酶蛋白侧链基团修