酶分子的化学修饰方法
1.酶的表面修饰
2.酶分子的内部修饰
3.与辅因子相关的修饰
4.金属酶的金属取代
1.1酶的表面修饰
1.1.1化学固定化
例如:①固定在电荷载体上,由于介质中的质子靠近载体,并与载体上的电荷发生作用,使酶的最适pH向碱性(阴离子载体)或向酸性(阳离子载体)方向偏移。
这样,在生产工艺中需几个酶协同作用时,由于固定化可使不同酶的最适pH彼此靠近。
②将糖化酶固定在阴离子载体上,其最适pH由4.5升到6.5,与D-木糖异构酶的最适PH(7.5)靠近,这样,可简化高果糖浆生产工艺。
如果载体与底物带相同电荷,固定化后反应系统Km值增加;带相反电荷,Km值降低。
当酶与载体连接点达到一定数目时,可增加酶分子构象稳定性,防止其构象伸展而失活。
1.1.2 酶的小分子修饰作用
例如:③将α—胰凝乳蛋白酶表面的氨基修饰成亲水性更强的NH2COOH并达到一定程度时,酶的热稳定性在60℃时,提高了1000倍,温度更高时稳定化效应更强烈。
这个稳定的酶能经受灭菌的极端条件而不失活.
1.1.3酶的大分子修饰
例如:④聚乙二醇连到脂肪酶、胰凝乳蛋白酶上所得产物溶于有机溶剂,在有机溶剂存在下能够有效地起作用。
嗜热菌蛋白酶在水介质中通常催化肽链裂解,但用聚乙二醇共价修饰后,其催化活性显著改变,在有机溶剂中催化肽键合成,已用于制造合成甜味剂。
1.1.4 分子间交联
例如:⑤戊二醛将胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶交联在一起。
这种杂化酶的优点是,胰凝乳蛋白酶的自溶作用降低,也使其反应器体积减少。
将胰蛋白酶与碱性磷酸脂酶交联而形成的杂化酶,可作为部分代谢途径的模型,则有可能在体内将它们输送到同一部位而提高药效。
1.2酶分子的内部修饰
1.2.1非催化活性基团的修饰
例如: ①将胰凝乳蛋白酶的Met192氧化成亚砜,则使该酶对含芳香族或大体积脂肪族取代基的专一性底物的束缚口袋有关.也说明底物的非反应部分束缚在酶的催化作用中有重要作用。
1.2.2酶蛋白主链修饰
例如: ②用蛋白酶对ATP酶有限水解,切除其十几个残基后,酶活力提高了5.5倍。
该活化酶仍为四聚体,亚单位分子量变化不大。
这说明天然酶并非总是处于最佳的催化构象状态。
1.2.3催化活性基团的修饰
例如: ③枯草杆菌蛋白酶活性部位的Ser残基转化为Cys残基,新产生的巯基蛋白酶对肽或脂没有水解能力,但能水解高度活化的底物,如硝基苯脂。
1.2.4肽链伸展后的修饰
例如: ④为了有效地修饰酶分子内部的区域,Mozhea等提出先用脲、盐酸胍处理酶.使其肽链充分伸展。
为修饰酶分于内部疏水基团提供可能性,然后,让修饰后伸展肽链在适当条件下.重新折叠成具有某种催化活性的构象。
⑤Saraswothi等描述了一种新奇的原则上可能普遍适应改变底物专一性的方法。
即先让酶变性,然后加入相应于所希望酶活力的竞争件抑制剂,待获得所希望酶
的构象时,用戊二醛交联,以固定这个构象,然后透析除掉这种抑制剂。
他们以丙酸作竞争性抑制剂,把核糖核酸酶制成一种“酸性脂酶”,从而改变了酶的底物专一性、创造了新的酶活力。
1.3与辅因子相关的修饰
1.3.1对依赖辅因子的酶可用两种方法进行修饰
例如:第一种方法: ①NAD+衍生物共价结合到醇脱氢酶上之后,酶仍具催化活性构象,活力仍有使用过量游离NAD+时活力的40%,而且能抵抗从AMP的抑制。
这是解决合成中昂贵辅因子再循环的一个有效方法。
第二种方法: ②用二硫化四乙基秋兰姆(Disu Hiram)处理黄嘌呤脱氢酶,可将其转化为黄嘌呤氧化酶。
这类酶使某一反应化合物的氧化作用发生改变,在经济上颇有吸引力。
③KaiSer的黄素木瓜蛋白酶。
将黄素溴衍生物与木瓜蛋白酶Cys25共价结合为黄素木瓜蛋白酶.其动力学可与黄素酶相比拟。
1.4金属酶的金属取代
例如: ①α-淀粉酶中的钙离子(Ca2+)②谷氨酸脱氢酶中的锌离子(Zn2+)③过氧化氢酶分子中的铁离子(Fe2+)④酰基氨基酸酶分子中的锌离子(Zn2+)⑤超氧化物歧化酶分子中的铜、锌离子(Cu2+,Zn2+)。