第四章酶化學(xué)

第四章酶化學(xué)第1頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二第四章酶化學(xué)4.1酶——生物催化劑4.2酶的非蛋白組分——輔酶和金屬離子4.3酶促反應(yīng)的速率和影響因素4.4酶的結(jié)構(gòu)和酶的催化作用機(jī)制4.5酶的抑制作用和抑制劑4.6人工合成酶的新進(jìn)展4.7酶在化學(xué)研究中的應(yīng)用4.8非水溶劑中的酶促反應(yīng)4.9酶工程第2頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二4.5酶的抑制作用和抑制劑有些物質(zhì)能與酶分子上某些必需基團(tuán)結(jié)合（作用）,使酶的活性中心的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，導(dǎo)致酶活力下降或喪失，這種現(xiàn)象稱為酶的抑制作用。能夠引起酶的抑制作用的化合物則稱為抑制劑。

抑制作用與變性作用是不同的。抑制劑只能使酶的催化活性降低或喪失，而不引起酶蛋白變性。酶蛋白變性而引起酶活力喪失的作用稱為變性作用。

酶的抑制劑一般具備兩個(gè)方面的特點(diǎn)：

a.

在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與被抑制的底物分子或底物的過渡狀態(tài)相似。

b.

能夠與酶的活性中心以非共價(jià)或共價(jià)的方式形成比較穩(wěn)定的復(fù)合體或結(jié)合物。第3頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二4.5酶的抑制作用和抑制劑竟?fàn)幮砸种频?頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二4.5.1抑制劑的作用方式不可逆的抑制作用：這一類抑制劑通常以比較牢固的共價(jià)鍵與酶蛋白中的基團(tuán)結(jié)合，而使酶分子失活。不能用透析、超濾等物理方法除去抑制劑而恢復(fù)酶活性?？赡娴囊种谱饔茫哼@類抑制劑與酶蛋白的結(jié)合是可逆的,可用透析、超濾等物理方法除去抑制劑而恢復(fù)酶活性。

–競爭性抑制(competitiveinhibition)–非競爭性抑制(noncompetitiveinhibition)

第5頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二不可逆的抑制作用有機(jī)磷化合物：與膽堿酯酶結(jié)合，使乙酰膽堿不能分解為乙酸和膽堿，引起神經(jīng)中毒，稱為神經(jīng)毒劑。

對硫磷、敵百蟲、敵敵畏2.有機(jī)汞、有機(jī)砷化合物：與含巰基的酶或含硫辛酸輔酶的酶結(jié)合，從而使酶失活。

氯汞苯甲酸、路易斯毒氣（CHCl＝CHAsCl2）3.重金屬鹽(Ag＋,Pb2＋,Hg2＋)：使酶蛋白失活。4.烷化劑：使酶中-SH烷化，失活。

碘乙酸、2、4－二硝基氟苯5.氰化物、硫化物和CO：與酶中的金屬離子絡(luò)合。

氰化物與鐵卟啉中的Fe2+絡(luò)合，阻抑細(xì)胞呼吸。6.青霉素：與糖肽轉(zhuǎn)肽酶的Ser結(jié)合，使酶失活。第6頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二可逆的抑制作用竟?fàn)幮砸种颇承┮种苿┑幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)與底物相似，因而能與底物竟?fàn)幣c酶活性中心結(jié)合。當(dāng)抑制劑與活性中心結(jié)合后，底物被排斥在反應(yīng)中心之外，其結(jié)果是酶促反應(yīng)被抑制了。竟?fàn)幮砸种仆ǔ？梢酝ㄟ^增大底物濃度，即提高底物的競爭能力來消除。第7頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二可逆的抑制作用竟?fàn)幮砸种频?頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二磺胺類藥物作用機(jī)理第9頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二某些藥物或體內(nèi)代謝物對酶的競爭性抑制作用藥物（抑制劑）被抑制的酶競爭底物臨床應(yīng)用及機(jī)理磺胺藥二氫葉酸合成酶（細(xì)菌）苯甲酸抗菌作用（抑制四氫葉酸）氨基蝶呤二氫葉酸還原酶二氫葉酸抗白血病5-氟尿嘧啶尿嘧啶核苷磷酸化酶尿嘧啶（胸腺嘧啶）抗癌作用（抑制核苷酸合成）別嘌呤醇黃嘌呤氧化酶黃嘌呤，次黃嘌呤抗通風(fēng)（抑制尿酸生成）6-氨基已酸纖溶酶-賴氨酸-氨基酰止血，抗纖溶（抑制纖溶酶）苯丙胺（麻黃素）單胺氧化酶腎上腺素（去甲腎上腺素）中樞興奮，抗哮喘第10頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二抑制劑與藥物開發(fā)不可逆抑制劑的專一性程度很強(qiáng)，前景廣闊底物類似物型的競爭性抑制劑最易開發(fā)過渡態(tài)底物類似物型藥物最具價(jià)值(高效\特異)第11頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二過渡態(tài)底物類似物型藥物第12頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二可逆的抑制作用非竟?fàn)幮砸种?/p>

酶可同時(shí)與底物及抑制劑結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象變化，并導(dǎo)至酶活性下降。由于這類物質(zhì)并不是與底物競爭與活性中心的結(jié)合，所以稱為非競爭性抑制劑。底物和抑制劑可以同時(shí)與酶結(jié)合，但是，中間的三元復(fù)合物ESI不能進(jìn)一步分解為產(chǎn)物，因此，酶的活性降低。抑制劑與酶活性中的以外的基團(tuán)結(jié)合，其結(jié)構(gòu)可能與底物無關(guān)不能通過增加底物的濃度的辦法來消除非競爭性抑制作用某些金屬離子（Cu2+、Ag+、Hg2+）以及EDTA等，通常能與酶分子的調(diào)控部位中的-SH基團(tuán)作用，改變酶的空間構(gòu)象，引起非競爭性抑制第13頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二可逆的抑制作用第14頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二4.5.2可逆抑制作用的動力學(xué)特征競爭性抑制作用的動力學(xué)特征第15頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二競爭性抑制作用的動力學(xué)特征可通過增加底物濃度而使整個(gè)反應(yīng)平衡向生成產(chǎn)物的方向移動，因而能削弱或解除這種抑制作用。第16頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二非競爭性抑制作用的動力學(xué)特征第17頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二4.6人工合成酶的新進(jìn)展抗體酶雜化酶酶模型第18頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二4.6.1抗體酶抗體酶又稱催化抗體,是由與酶反應(yīng)中底物過渡態(tài)類似物作為半抗原刺激免疫系統(tǒng)產(chǎn)生的一類能夠?qū)Ｒ蛔R別和催化酶反應(yīng)中的底物反應(yīng)過渡態(tài)的一類抗體?？贵w酶是一種具有催化功能的抗體分子，在其可變區(qū)賦予了酶的屬性，是抗體的高度選擇性和酶的高效催化能力巧妙結(jié)合的產(chǎn)物。抗體酶是一種新型人工酶制劑，是利用現(xiàn)代生物學(xué)與化學(xué)的理論與技術(shù)交叉研究的成果，第19頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二4.6.1抗體酶抗體的概念

免疫系統(tǒng)是由中樞免疫組織（骨髓、胸腺、消化系統(tǒng)免疫組織）和外周淋巴組織（淋巴結(jié)和脾臟）的免疫活性細(xì)胞（B淋巴細(xì)胞、漿細(xì)胞），以及由它們產(chǎn)生的多種淋巴因子和抗體所組成。當(dāng)外源物性物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、毒素、糖蛋白、脂蛋白、核酸、多糖、顆粒（細(xì)菌、細(xì)胞、病毒）進(jìn)入人或動物體內(nèi)時(shí)，機(jī)體的免疫系統(tǒng)便產(chǎn)生相應(yīng)的免疫球蛋白，并以之結(jié)合，以消除異物的毒害。此反應(yīng)稱為免疫反應(yīng)，此異物便是抗原，此球蛋白便是抗體。第20頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二4.6.1抗體酶抗體的概念完全抗原是指能夠直接誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生特異性免疫應(yīng)答的一類物質(zhì)。半抗原能與抗體特異性結(jié)合，但不能激發(fā)機(jī)體產(chǎn)生抗體，必須與蛋白質(zhì)（載體）結(jié)合后進(jìn)入機(jī)體，才能產(chǎn)生有效的免疫應(yīng)答?？贵w（antibody，Ab)是在抗原刺激下機(jī)體免疫應(yīng)答的產(chǎn)物。所有抗體都具有與抗原特異性結(jié)合的能力。抗體的化學(xué)本質(zhì)是免疫球蛋白（Immunoglobulin，Ig）即γ－球蛋白。不過只有當(dāng)免疫球蛋白針對已知抗原時(shí)，才能夠稱這種免疫球蛋白為抗體。第21頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二4.6.1抗體酶四肽鏈結(jié)構(gòu)

，鏈間二硫鍵連接兩條重鏈（H）和兩條輕鏈（L）氨基端和羧基端。

第22頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二4.6.1抗體酶抗體與酶的異同：相同點(diǎn)：都是蛋白質(zhì)，都有特異性。不同點(diǎn)：1）抗體無催化活力，酶有催化活力。2）本質(zhì)差別：酶是能與反應(yīng)過渡態(tài)選擇結(jié)合的催化物質(zhì)，抗體是和基態(tài)緊密結(jié)合的物質(zhì)。3）酶的活性和合成受到代謝調(diào)節(jié)，種類有限?？贵w只有在抗原存在時(shí)才產(chǎn)生，種類無限。以過渡態(tài)類似物作為半抗原，誘導(dǎo)與其互補(bǔ)構(gòu)象的抗體，使其具有催化活性，可觀察到抗體催化相應(yīng)底物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。第23頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二4.6.1抗體酶過渡態(tài)碳酸酯碳酸酯硝基苯磷酰膽堿脂（a）合成aa與牛血清蛋白形成抗原抗原注入動物體內(nèi)，產(chǎn)生抗體MOPC167（抗體酶）提取抗體MOPC167，催化碳酸酯水解第24頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二抗體酶的催化反應(yīng)類型1、轉(zhuǎn)?；磻?yīng)2、水解反應(yīng)3、Claisen重排反應(yīng)4、酰胺合成反應(yīng)5Diels-Alder反應(yīng)6、轉(zhuǎn)酯反應(yīng)7、光誘導(dǎo)反應(yīng)8、氧化還原反應(yīng)9、脫羧反應(yīng)10、順反異構(gòu)化反應(yīng)第25頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二抗體酶的制備合成半抗原偶聯(lián)適當(dāng)載體免疫動物，誘導(dǎo)抗體篩選抗體酶1.誘導(dǎo)法用設(shè)計(jì)好的半抗原（過渡態(tài)類似物），通過與載體蛋白（如牛血清白蛋白）偶聯(lián)制成抗原。然后對動物進(jìn)行免疫，使宿主有機(jī)體針對抗原產(chǎn)生抗體，產(chǎn)生抗體的脾臟細(xì)胞與骨髓細(xì)胞相融合。融合得到的雜交細(xì)胞既能產(chǎn)生抗體又能在體外培養(yǎng)。將雜交體克隆化，即能產(chǎn)生單一均勻的抗體酶。第26頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二抗體酶的制備2、抗體結(jié)合位點(diǎn)化學(xué)修飾法：抗體酶和酶一樣也可以用化學(xué)修飾法加以改造。對抗體酶進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾的關(guān)鍵是找到一種溫和的方法在抗體結(jié)合位置或附近引入具有催化功能的基因。游離巰基就是適合的基團(tuán)之一，它具有高親核性，易于氧化，及能通過二硫化物進(jìn)行交換反應(yīng)或親電反應(yīng)而選擇性修飾的特點(diǎn)第27頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二抗體酶的制備3.拷貝法用酶作為抗原免疫動物得到抗酶的抗體，再將此抗體免疫動物并進(jìn)行單克隆化，獲得單克隆的抗抗體。對抗抗體進(jìn)行篩選，獲得具有原來酶活性的抗體酶。第28頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二抗體酶的應(yīng)用抗體酶在化學(xué)研究的作用抗體酶在有機(jī)合成上的應(yīng)用抗體酶闡明化學(xué)反應(yīng)機(jī)制抗體酶在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用戒毒治療腫瘤治療定量分析——酶聯(lián)免疫吸附分析第29頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二戒毒治療Landry等用可卡因水解的過渡態(tài)類似物-磷酸單酯為半抗原，產(chǎn)生的單克隆抗體能催化可卡因的分解，其催化活性和血液中催化可卡因的丁酰膽堿酯酶差不多，水解后的可卡因片斷失去可卡因刺激功能。因此，用人工抗體酶的被動免疫也許能阻斷可卡因上癮，達(dá)到戒毒目的。第30頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二腫瘤治療抗體介導(dǎo)前藥治療（ADEPT）技術(shù)將能水解前藥釋放出腫瘤細(xì)胞毒劑的酶和腫瘤專一性抗體相偶聯(lián)，這樣酶就會通過和腫瘤結(jié)合的抗體而存在于細(xì)胞的表面。靜脈給藥后，當(dāng)藥物擴(kuò)散至腫瘤細(xì)胞的表面或附近，抗體酶就會將前藥迅速水解釋放出抗腫瘤藥物，從而提高腫瘤細(xì)胞局部藥物濃度，增強(qiáng)對腫瘤的殺傷力，達(dá)到提高腫瘤化療效果的目的。第31頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二定量分析酶聯(lián)免疫吸附分析（enzyme-linkedimmunosorbentassayELISA）將酶作為標(biāo)記物質(zhì)，使之和抗原（或抗體）結(jié)合形成酶與抗原（或抗體）復(fù)合物，然后再根據(jù)待測抗體（或抗原）與復(fù)合物專一且定量的結(jié)合關(guān)系，通過測定待測抗體（或抗原）結(jié)合的標(biāo)記酶活力，從而計(jì)算出抗原或抗體的量。第32頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二4.6.2雜化酶以天然蛋白質(zhì)為母體，經(jīng)化學(xué)方法引進(jìn)適當(dāng)?shù)幕钚圆糠?，形成新的“人工酶”。類型?）以具有特異性識別功能的蛋白為母體，引進(jìn)催化功能部分。如：抗體雜化酶（2）以具有催化活性的蛋白為母體，引進(jìn)特殊識別功能部分。如：核酸水解雜化酶結(jié)合部分+選擇性融合催化部分雜化酶第33頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二4.6.3酶模型

根據(jù)酶作用原理，摸擬酶的活性中心和催化機(jī)理，用化學(xué)方法制備結(jié)構(gòu)較簡單、高效、高選擇性、穩(wěn)定性能好的新型催化劑，可以是無機(jī)化合物、有機(jī)化合物或小肽。特點(diǎn)：分子小；結(jié)構(gòu)簡單；具有酶的主要活性基團(tuán)；活性中心相似的空間結(jié)構(gòu)；可模擬酶的關(guān)鍵性功能。

例：酯鍵水解酶模型環(huán)糊精酶模型第34頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二酯鍵水解酶模型第35頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二環(huán)糊精酶模型環(huán)糊精是環(huán)狀低聚糖的總稱。最常見的是-環(huán)糊精、-環(huán)糊精、-環(huán)糊精，分別由六個(gè)、七個(gè)和八個(gè)葡萄糖分子按照1,4連接方式形成的一種環(huán)狀結(jié)構(gòu)。環(huán)糊精的分子形狀如同輪胎，具有園柱型立體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，各葡萄糖殘基的C-2和C-3原子上的羥基位于環(huán)糊精圓環(huán)的分子一端，直徑稍大，而C-6上的羥基位于另一端，直徑稍小。環(huán)糊精分子內(nèi)部為一個(gè)呈“V”字型的疏水性空穴，可對苯環(huán)等進(jìn)行包接形成復(fù)合物。第36頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二環(huán)糊精酶模型OHOH第37頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二4.7酶在化學(xué)研究中的應(yīng)用一、酶與有機(jī)化學(xué)催化劑非水相催化手性化合物的合成與拆分第38頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二酶催化有機(jī)反應(yīng)的主要類型反應(yīng)類型酶底物產(chǎn)物水解反應(yīng)酯酶羧酸酯羧酸，醇脂肪酶甘油酯（脂肪）脂肪酸，甘油蛋白水解酶蛋白質(zhì)，多肽氨基酸，羧酸羧酸酯，脂肪脂肪酸，甘油，醇淀粉水解酶淀粉葡萄糖纖維素酶纖維素葡萄糖溶菌酶細(xì)胞壁多糖乙酰細(xì)胞壁酸，乙酰葡萄糖胺環(huán)氧化物水解酶環(huán)氧化物醇腈水解酶腈化物酰胺，羧酸裂合反應(yīng)醛縮酶多元醇醛和酮醛和酮多元醇鹵化和脫鹵化反應(yīng)鹵素過氧化物酶烯烴、炔烴等氯、溴、碘化合物，醇，環(huán)氧化物等第39頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二酶催化有機(jī)反應(yīng)的主要類型反應(yīng)類型酶底物產(chǎn)物氧化還原反應(yīng)脫氫酶（含NAD））醇，酚醛，酮，醌醛，酮，醌醇，酚脫氫酶（含F(xiàn)AD）含活潑氫烷烴烯烴活潑烯烴烷烴單加氧酶烷烴，芳烴，酚醇，酚烯烴環(huán)氧化物雙加氧酶芳烴酚二酚二元羧酸氧化酶氨基酸酮酸氫水面包酵母醇，酚醛，酮，醌醛，酮，醌醇，酚含活潑氫烷烴烯烴活潑烯烴烷烴第40頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二非水相催化有機(jī)介質(zhì)中酶催化反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn):(1)

大多數(shù)有機(jī)底物在有機(jī)溶劑中有較大的溶解度;(2)

在非水介質(zhì)中酶的熱穩(wěn)定性與儲存穩(wěn)定性比在水中有明顯提高;(3)

使許多熱力學(xué)平衡反應(yīng)由加水分解轉(zhuǎn)化為其逆反應(yīng)過程;(4)

能抑制因水而產(chǎn)生的副反應(yīng);(5)

酶與介質(zhì)不相溶,易于回收;(6)

從低沸點(diǎn)的溶劑中分離純產(chǎn)物比從水中分離更方便;(7)

無微生物污染。第41頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二非水相催化基本條件：（溶劑代替一部分水）必須維持酶分子周圍形成水化層的結(jié)合水，否則酶的構(gòu)象將遭受破壞，導(dǎo)致酶失活。有機(jī)溶劑體系均相體系，如甲醇、乙醇、丙酮、四氫呋喃、二甲基甲酰胺、二氧六環(huán)；

兩相體系，如烴類、酯類等；

懸浮體系，非極性有機(jī)溶劑和固體酶第42頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二非水相催化糖脂(單脂產(chǎn)率93%)酯化反應(yīng)

第43頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二非水相催化酰胺鍵形成第44頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二非水相催化氧化還原反應(yīng)

第45頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二手性化合物的合成與拆分D，L-氨基酸的合成與拆分蛋白酶水解L-氨基酸形成的酯鍵；其它手性酸、酯或醇的合成與拆分100%第46頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二二、酶與環(huán)境化學(xué)環(huán)境修復(fù)含酚廢水的處理B.含殘留有機(jī)氯農(nóng)藥土壤的生物降解甲烷單加氧酶第47頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二4.9酶工程酶工程(EnzymeEngineering)又稱為酶技術(shù)。它是從應(yīng)用的目的出發(fā)，將酶學(xué)理論與化學(xué)工程相結(jié)合，利用酶的催化特性，將天然酶經(jīng)過適當(dāng)加工和改性，再將酶大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的一門新技術(shù)?；瘜W(xué)酶工程：酶的修飾及固定生物酶工程：酶的制備及修飾第48頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二酶的應(yīng)用歷史1908年,德國的羅姆制得胰酶,用于皮革的軟化。1908年,法國的波伊登(Boidin)制備了細(xì)菌淀粉酶,應(yīng)用于紡織品的退漿1911年,美國的華勒斯坦(Wallestein)制得木瓜蛋白酶,用于除去啤酒中的蛋白質(zhì)渾濁。在50年代以前停留在從微生物、動物或植物中提取酶,加以利用階段.由于當(dāng)時(shí)生產(chǎn)力落后,生產(chǎn)工藝較繁雜,難以進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。1949年,用液體深層培養(yǎng)法進(jìn)行細(xì)菌淀粉酶的發(fā)酵生產(chǎn),揭開了近代酶工業(yè)的序幕。50年代以后,微生物流體深層發(fā)酵1953年，德國科學(xué)家首先將聚氨基苯乙烯樹脂與淀粉酶,胃蛋白酶,羧肽酶和核糖核酸酶等結(jié)合,制成了固定化酶。1969年,日本的千煙一郎首次在工業(yè)上應(yīng)用固定化氨基?；笍腄L-氨基酸生產(chǎn)L-氨基酸。出現(xiàn)了“酶工程”這個(gè)名詞來代表有效利用酶的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。第49頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二酶的應(yīng)用歷史1971年第一屆國際酶工程學(xué)術(shù)會議在美國召開,當(dāng)時(shí)的主題即是固定化酶，進(jìn)一步開展了對微生物細(xì)胞固定化的研究。1973年,千煙一郎首次利用固定化的大腸桿菌細(xì)胞生產(chǎn)L-天冬氨酸。1978年,日本的鈴木等固定化細(xì)胞生產(chǎn)α-淀粉酶研究成功80年代，固定化細(xì)胞已能用于生產(chǎn)胞外酶,60年代，用小分子化合物修飾酶分子側(cè)鏈基團(tuán),使酶性質(zhì)發(fā)生改變;70年代，修飾劑的選用、修飾方法上又有了新的發(fā)展。此外，對抗體酶、人工酶、模擬酶等方面，以及酶的應(yīng)用技術(shù)研究，在近20年均取得了較大進(jìn)展，使酶工程不斷向廣度和深度發(fā)展，顯示出廣闊而誘人的前景。第50頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二酶的化學(xué)修飾

通過各種物理或化學(xué)方法使酶分子的結(jié)構(gòu)發(fā)生某些改變，從而改變酶的某些特性和功能的技術(shù)過程稱為酶分子修飾。提高酶的活力activity增強(qiáng)酶的穩(wěn)定性stability降低或消除酶的抗原性immunologicalproperty研究和了解酶分子中主鏈、側(cè)鏈、組成單位、金屬離子和各種物理因素對酶分子空間構(gòu)象的影響structure第51頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二酶的化學(xué)修飾原理一、增強(qiáng)酶天然構(gòu)象的穩(wěn)定性與耐熱性修飾劑分子存在多個(gè)反應(yīng)基團(tuán)，可與酶形成多點(diǎn)交聯(lián)。使酶的天然構(gòu)象產(chǎn)生“剛性”結(jié)構(gòu)。二、保護(hù)酶活性部位與抗抑制劑大分子修飾劑與酶結(jié)合后，產(chǎn)生的空間障礙或靜電斥力阻擋抑制劑，“遮蓋”了酶的活性部位。三、維持酶功能結(jié)構(gòu)的完整性與抗蛋白水解酶

1.大分子修飾劑產(chǎn)生空間障礙阻擋蛋白水解酶接近酶分子。“遮蓋”酶分子上敏感鍵免遭破壞。

2.酶分子上許多敏感基團(tuán)交聯(lián)上修飾劑后，減少了受蛋白水解酶破壞的可能性。第52頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二酶的化學(xué)修飾原理四、如何消除酶的抗原性及穩(wěn)定酶的微環(huán)境1.酶蛋白氨基酸組成的抗原決定簇，與修飾劑形成了共價(jià)鍵破壞了抗原決定簇——抗原性降低乃至消除“遮蓋”了抗原決定簇——阻礙抗原、抗體結(jié)合2.大分子修飾劑本身是多聚電荷體，能在酶分子表面形成“緩沖外殼”，抵御外界環(huán)境的極性變化，維持酶活性部位微環(huán)境相對穩(wěn)定。第53頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二酶化學(xué)修飾的設(shè)計(jì)一、充分認(rèn)識酶分子的特性包括酶的——1.活性部位情況

2.穩(wěn)定條件及反應(yīng)最佳條件

3.側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)及反應(yīng)活潑性二、修飾劑的選擇要考慮——1.修飾劑的分子量及鏈的長度（要求有較大的分子量）

2.修飾劑上反應(yīng)基團(tuán)的數(shù)目及位置（要求有較多的反應(yīng)活性基團(tuán)）

3.修飾劑上反應(yīng)基團(tuán)的活化方法與條件三、反應(yīng)條件的選擇要注意——1.酶與修飾劑的分子比例

2.反應(yīng)體系的溶劑性質(zhì)、鹽濃度、pH條件

3.反應(yīng)溫度及時(shí)間第54頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二大分子修飾1.定義：利用水溶性大分子與酶結(jié)合，使酶的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生某些精細(xì)的改變，從而改變酶的特性與功能的方法。2.修飾劑：聚乙二醇、右旋糖酐、肝素、蔗糖聚合物修飾方法：修飾前活化，然后在一定條件下與酶分子共價(jià)結(jié)合3.應(yīng)用：

PEG－超氧化物歧化酶（SOD）

PEG－溶血類蛋白質(zhì)（鏈激酶、尿激酶等）

PEG－天門冬酰胺酶（ASNase）消除了抗原性延長了酶在體內(nèi)的半衰期第55頁，共62頁，2023年，2月20日，星期二酶的固定傳統(tǒng)酶（自由酶）的缺點(diǎn)：傳統(tǒng)酶催化反應(yīng)幾乎都在水溶液中進(jìn)行，只能一次性使用，難以回收酶與產(chǎn)物混合，增加產(chǎn)物分離和純化難度溶液中酶的穩(wěn)定性差，容易變形和失活。固定酶的優(yōu)點(diǎn)可以重復(fù)使用，在大多數(shù)情況下，穩(wěn)定性明顯提高催化后，酶與底物容易分開，產(chǎn)物易于分離純化，質(zhì)量提高反應(yīng)條件易于控制，可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的連續(xù)化和自動控制酶的利用效率高了，單位酶量催化的底物濃度增加，而酶量減少更適合于多酶催化反應(yīng)第56頁，共62頁，2023年，2月20日，星