大分子修饰（大分子结合修饰）
目前应用最广的酶分子修饰方法。水溶性大分子通过共价
键与酶分子表面结合，形成覆盖层。 修饰剂：聚乙二醇（PEG）、右旋糖酐（dextran）、肝 素（heparin）、蔗糖聚合物（Ficoll）等。 如：PEG－超氧化物歧化酶（SOD）、PEG－溶血类蛋 白质（链激酶、尿激酶等）、PEG－天门冬酰胺酶 （ASNase）
按照模拟酶的属性
– 主-客体酶模型
– 胶束酶模型 – 肽酶 – 抗体酶 – 分子印迹酶模型
– 半合成酶
主-客体酶模型
模拟的胰凝乳蛋白酶侧链上接上羟基、咪唑基、羧基。
分子印迹酶模型
• 分子印迹概念：制备对某一化合物具有选择性的
聚合物的过程。
分子印迹的原理
分子印迹的过程
• 1、选定印迹分子和功能单位，让它们之间发生互 补作用，形成印迹分子功能单位复合物。
人为改变天然酶的某些性质，扩大酶的应用范围。
（70年代末之后）
1）提高酶的生物活性（酶活力）
2）增强酶的稳定性（热稳定性、体内半衰期）
3）消除抗原性（针对特异性反应降低生物识别能力）
4）产生新的催化能力
酶化学修饰的种类及应用
酶的表面化学修饰 酶分子的内部修饰
酶的表面化学修饰
其他进展
非水相介质中的酶反应（P247-249）
定义、优势、溶剂系统、有机相的酶工程
抗体酶（P252）
定义、机理
核酶（P250）
定义、分类
思考题
1. 酶的固定化方法有哪些？
2. 简述固定化酶的特性。 3. 简述酶的化学修饰及其主要方法。 4. 非水相介质中的酶反应的优势有哪些？
天然剂、热）； 容易受产物和抑制剂的抑制； 工业反应要求的酸度和温度并不总是在酶反应的 最适酸度和温度范围内； 底物不溶于水，或酶的米式常数过高； 酶做为药物在体内的半衰期较短等因素限制了酶 制剂的应用。
酶化学修饰的目的
研究酶的结构与功能的关系。（50年代末）
烷基化反应
酰基化反应
氧化还原反应
连四硫酸盐氧化巯基，DTT还原逆回，用于保护巯基。
芳香环取代反应
• 碘代： • I2＋ + HI
硝化：
(NO2)4C + (NO2)3CH （四硝基甲烷）
•

+
交联修饰（交联法）
用双功能基团试剂(如戊二醛)，与酶分子内不同 肽链部分共价交联，使酶分子空间构象更加稳定。
合基于非共价键相互作用，当接受体与络合离子或分 子结合形成稳定的，具有稳定结构和性质的实体，形 成超分子 – 功能：分子识别、催化、选择性输出
模拟酶的分类


根据Kirby分类法
按照模拟酶的属性
根据Kirby分类法
– 单纯酶模型：以化学方法通过天然酶活性的 模拟来重建和改造酶活性
– 机制酶模型：通过对酶作用机制诸如识别、 结合和过渡态稳定化的认识，来指导酶模型 的设计和合成 – 单纯合成的酶样化合物：化学合成的具有酶 样催化活性的简单分子
修饰酶的特性
• 热稳定性提高 • 抗各类失活因子的能力提高：蛋白酶、抑制剂、酸、碱、 有机溶剂 • 抗原性消除：免疫应答 • 体内半衰期延长：药用疗效
• 最适pH改变：接近生理环境
• 酶学性质改变：Vm，Km，底物专一性 • 对组织分布能力改变：靶器官
模拟酶
L/O/G/O

模拟酶的定义
• 根据酶的作用原理，用人工的方法合成的具有活
性中心和催化作用的非蛋白质结构的化合物。
模拟酶的酶学基础
酶的作用机制：过渡态理论
对简化的人工体系中识别、结合和催化的研究
理论基础
主-客体化学：主体和客体在结合部位的空间及电子 排列的互补
超分子：该分子形成源于底物和受体的结合，这种结
• 2、用交联剂在印迹分子功能单位复合物周围发生
聚合反应，形成交联的聚合物。
• 3、从聚合物中除去印迹分子，得到对印迹分子具
有选择性的聚合物。
分子印迹酶
– 通过分子印迹技术可以产生类似于酶的活性中
心的空腔，对底物产生有效的结合作用，并可 以在结合部位的空腔内诱导产生催化基团，并 与底物定向排列。 – 性质：遵循米氏方程，催化活力依赖反应速度 常数。
酶工程的研究新进展
L/O/G/O

酶的化学修饰
L/O/G/O

酶的化学修饰的定义
• 对酶在分子水平上用化学方法进行改造，即在体 外将酶分子通过人工方法与一些化学基团，特别 是具有生物相容性的大分子进行共价连接，从而 改变酶分子的酶学性质的技术。
小分子修饰 （酶蛋白侧链基团修饰）
侧链基团：组成蛋白质氨基酸残基上的功能团。包括氨基、
羧基、胍基、巯基、酚基、咪唑基。
主要反应：烷基化反应、酰化反应、氧化还原反应、芳香
环取代反应 修饰剂：采用的各种小分子化合物，如2，4－二硝基氟苯、 碘乙酸；乙酸酐、邻苯二酸酐；H2O2、2－巯基乙醇；四 硝基甲烷、卤素。
固定化修饰（共价偶联法）
通过酶表面的酸性或碱性残基，将酶共价连接到 惰性载体上，由于酶所处的微环境发生改变，使 酶的最适pH、最适温度和稳定性发生改变。
酶分子内部修饰
（一）蛋白主链修饰（肽链有限水解修饰） （二）氨基酸置换修饰（催化和非催化活性基团的修饰） （三）金属离子置换修饰（辅因子修饰）