《酶的分子修飾》PPT課件.ppt

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1、第五講酶分子修飾講課：陽飛系部：生化系作業(yè)?第五講酶分子修飾教學目標：了解有關酶分子修飾的重要應用以及酶分子的物理修飾作用理解蛋白酶化學修飾的方法和意義掌握酶分子化學修飾的形式、目的、原理與特點教學重點：酶分子化學修飾的方法和意義、酶分子化學修飾的形式教學難點：化學修飾的原理與特點第五講酶分子修飾5.1、酶分子修飾的定義及其意義5.2、酶分子修飾方法5.3、酶修飾后的性質變化5.4、酶的分子定向進化分析酶在工業(yè)生產中應用受到極大限制的原因？熱穩(wěn)定性差活力低耐受pH范圍窄分子量過大成本高來源有限有異體反應？酶

2、的應用受到了很大限制促使科研工作者必須不斷地開展新的研究，用化學或分子生物學方法對酶分子進行改造，以滿足各種反應條件對酶的需求，克服天然酶的缺陷。隨著各個學科及相關技術的發(fā)展，特別對酶結構與功能的深入了解、基因工程及固定化技術的普及，酶的分子改造工程進入實用階段?？傮w來說酶的分子工程分兩部分：★分子生物學水平：即用基因工程方法對DNA進行分子改造，以獲得化學結構更合理的酶蛋白；★對天然酶分子進行改造：包括酶一級結構中氨基酸置換、肽鏈切割、氨基酸側鏈修飾等。5.1、酶分子修飾的定義及其意義1、定義：通過各種方

3、法使酶分子的結構發(fā)生某些改變，從而改變酶的某些特性和功能的技術過程。即在體外將酶分子通過人工的方法與一些化學基團（物質），特別是具有生物相容性的物質，進行共價連接，從而改變酶的結構和性質。討論:自然界中存在酶分子改造修飾嗎？酶原激活可逆共價調節(jié)？胃蛋白酶原、胰蛋白酶原、胰凝乳蛋白酶原磷酸化酶a與磷酸化酶b互變2、酶分子修飾的意義增強酶的穩(wěn)定性（stability）提高酶的活力（activity）降低或消除酶的抗原性（immunologicalproperty）研究和了解酶分子中主鏈、側鏈、組成單位、金屬離子

4、和各種物理因素對酶分子空間構象（structure）的影響3、酶分子修飾的基本要求和條件（1）對酶性質的了解：①酶的穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性、酸堿穩(wěn)定性、抑制劑等②酶活性中心的狀況：活性中心基團、輔因子以及分子大小、性狀、亞基數(shù)（2）對修飾劑的要求：①良好的生物相容性和水溶性②修飾劑的相對分子質量（較大）、修飾劑鏈的長度對蛋白質的吸附性③修飾劑上反應基團的數(shù)目及位置④修飾劑上反應基團的活化方法與條件（3）對酶反應條件的選擇：①反應體系中酶與修飾劑的分子比例②反應體系中的溶劑性質、鹽濃度和pH條件③反應溫度及時間5.

5、2、酶分子的修飾方法物理修飾：不改變酶的組成單位及其基團的修飾，即酶分子中的共價鍵不發(fā)生改變，只是在物理因素（高溫、高壓、高鹽、極端pH值）作用下，副鍵發(fā)生某些變化和重排?；瘜W修飾：★廣義:指凡涉及共價部分或部分共價鍵的形成或破壞的轉變。★狹義:指在較溫和的條件下以可控的方式使一種蛋白質與某些化學試劑起特異反應，從而引起單個氨基酸殘基或其功能基團發(fā)生共價的化學變化。一、影響酶分子化學修飾的主要因素1、酶蛋白功能基團的反應性蛋白質功能基團所處的環(huán)境會強烈地影響它的物理和化學性質蛋白質分子的表面特點也影響化學試

6、劑的接近因此，有必要考察局部衡區(qū)對功能基和修飾劑的影響。由于功能基的反應性是通過它的親核性來測量的，應當強調pKa和影響pKa的因素。2、修飾劑的反應性1、影響酶蛋白功能基團的反應性因素①微區(qū)的極性②基團間的氫鍵③靜電效應④位阻效應⑤其它電荷轉移、共價鍵形成、金屬螯合、旋轉自由度①微區(qū)的極性微區(qū)的極性是決定基團解離狀態(tài)的關鍵因素之一。極性對整個反應速度影響與反應的類型有密切關系。從整體看來，局部極性的改變對色氨酸、甲硫氨酸和胱氨酸反應性的影響較小對氨基和組氨酸反應性的影響較大對酪氨酸、半胱氨酸和羧基的反應性

7、影響最大②基團間的氫鍵作用在蛋白質的酚基-羧基相互作用中，羧基的pKa應比正常值低，而酚基的pKa高于正常值。+H+③靜電效應用高分辨率的核磁共振組氨酸殘基的電離行為進行研究表明，不同蛋白質中的組氨酸殘基的pKa是不同的；原因可能在于帶電基團相互靜電作用的影響。④位阻效應烷基在空間上緊靠功能基，會使修飾劑不能與功能基接觸，出現(xiàn)位阻效應。對枯草桿菌蛋白酶BPN的X射線衍射研究指出：10個酪氨酸殘基均在蛋白質分子表面，而且苯酚的羥基幾乎在所有情況下都沒有形成氫鍵。對它進行徹底硝化和碘化后，10個酪氨酸中只有8個

8、被修飾。若沒有X射線衍射研究結果，很可能解釋為至少有2個酪氨酸殘基被包埋在分子內部，但實際情況并不是這樣的，這種情況很可能是空間障礙引起的?！镄D自由度加快修飾反應速度的一個重要原因是限制了構象的總數(shù)(即限制了旋轉自由度)，這種限制可能是由于上述提及的幾類相互作用引起的。酚酸的酯化速度：在苯環(huán)上引入幾個甲基，特別是在同一碳原子上引入2個甲基，則限制了基團的自由旋轉，因而使酚酸的酯化速度常數(shù)提高了108倍以上。2、