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酶工程学第九周分子修饰优秀课件

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《酶分子的修饰》课件

《酶分子的修饰》课件
糖基化修饰通常发生在酶的特定氨基酸残基上，形成N-连 接或O-连接的糖链。糖基化修饰在多种生物学过程中发挥 重要作用，如蛋白质分选和分泌。
酶的甲基化修饰
甲基化修饰是指将甲基基团加到酶分子上的过程，通常由甲基转移酶催化。甲基 化修饰可以改变酶的活性、稳定性、定位和与其他分子的相互作用。
甲基化修饰常见于DNA、RNA和蛋白质中。在蛋白质甲基化过程中，甲基转移 酶将甲基基团加到蛋白质特定氨基酸残基上，影响蛋白质功能和稳定性。
酶分子修饰与疾病发生发展
酶分子修饰与多种疾病的发生 和发展密切相关，如肿瘤、神 经退行性疾病、心血管疾病等
。
酶分子修饰可以影响细胞代 谢、细胞周期、细胞凋亡等 生物学过程，从而影响疾病
的发展进程。
深入了解酶分子修饰在疾病发 生发展中的作用，有助于发现 新的治疗靶点，为疾病治疗提
供新的策略和方法。
酶分子修饰与药物研发
酶分子修饰是药物研发的重要靶点之一，通过调节酶的活性可以设计出具有特定治 疗作用的药物。
酶分子修饰在药物研发中具有广阔的应用前景，如开发新药、优化现有药物的治疗 效果等。
药物研发过程中需要深入研究酶分子修饰的机制和作用，以确保药物的安全性和有 效性。
04 酶分子修饰的研究方法
蛋白质组学技术
蛋白质谱分析
肿瘤治疗
利用酶分子修饰技术，可 以设计出针对肿瘤细胞特 异性的治疗策略，实现肿 瘤的精准治疗。
免疫调节
酶分子修饰可以用于调节 免疫细胞的活性，为免疫 相关疾病的治疗提供新的 思路。
酶分子修饰在农业生产中的应用
抗虫抗病
通过酶分子修饰技术，可以培育 出具有抗虫抗病性能的农作物新 品种，提高农作物的产量和品质 。
《酶分子的修饰》 PPT课件

酶分子的修饰与应用课件

酶分子的修饰与应用课件

酶分子的修饰与应用
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• 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。
酶分子的修饰与应用
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• 可以与酶分子结合的大分子有水溶性和 水不溶性两类。采用不溶于水的大分子 与酶结合制成固定化酶后，其稳定性显 著提高(参看本书第五章)。采用水溶性的 大分子与酶共价结合进行酶分子修饰， 可以在酶分子外围形成保护层，起到保 护酶的空间构象的作用，从而增加酶的 稳定性。
酶分子的修饰与应用
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• 现以SOD为例说明如下。
• SOD（EC1.15.1.1）催化超氧负离子 （O2-）进行氧化还原反应，生成氧和过 氧化氢。具有抗氧化、抗辐射、抗衰老 的功效，但是其在血浆中的半衰期仅为 6～30min，经过大分子修饰，其稳定性 显著提高，半衰期延长70～350倍，见下 表。
酶分子的修饰与应用
核酸类酶的稳定性较高，具有良好的开发 应用前景。
酶分子的修饰与应用
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• 阅读：P128-131 了解几种侧链修饰

酶的分子修饰backgrou

酶的分子修饰backgrou
✓在医学上要解决酶—抗体复合物在体内的抗原性。目前 采用降低抗体分子的大小制造嵌合抗体
医学PPT
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❖大分子的共价修饰
用可溶性大分子，如聚乙二醇、右旋糖苷、肝素等，通 过共价键连接于酶分子的表面，形成一层覆盖层
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✓聚乙二醇修饰超氧物歧化酶(SOD)，不仅可以降低或 消除酶的抗原性，而且提高了抗蛋白酶的能力，延长了 酶在体内的半衰期，从而提高了酶药效。
EXTENSION 72°C
医学PPT
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优点： ✓抗体制备简单
任何一种酶都有它相对应的抗体，制备亦较简 单、迅速。所以，用抗体稳定酶的方法较普遍。
医学PPT
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缺点：
✓制备抗体花费较多，解决的办法是用微生物来生产。最 近报告表明，已经成功地由大肠杆菌生产具有完整功能 的重组抗体片段，而且用同一种微生物既能生产目的蛋 白又生产其抗体的可能性。
① 提高酶活性 ;
② 增强在不良环境(非生理条件)中的稳定性;
③ 针对异体反应,降低生物识别能力,降低免疫原性. ➢Low solubility ➢Poor stability ➢Oral delivery of proteins impossible because they are destroyed by the digestive system ➢Injected proteins are quickly removed by renal excretion
①磷酸化/去磷酸化；
②乙酰化/去乙酰化；
③腺苷酰化/去腺苷酰化； ④尿苷酰化/去尿苷酰化；
⑤甲基化/去甲基化；
⑥氧化(S—S)/还原(2SH)。
医学PPT
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磷酸化/去磷酸化是是高等动植物酶化学修饰的主要形式 细菌主要是核苷酰化形式。

酶分子修饰优秀课件

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一、 酶分子修饰的目的 1. 研究酶的结构与功能的关系（上世纪50年代） • 探测酶活性必需氨基酸的性质和数目 • 酶蛋白一级结构的测定 • 酶蛋白的结构变化与运动 • 酶蛋白部分区域的构象状态 • 酶的作用机理与催化反应历程 • 酶分子的拓扑学以及寡聚酶的亚基结合状态 • 酶的固定化技术 • 酶纯度的分析与检测
2. 通过基因工程方法改变编码酶分子的基因而达 到改造酶的目的。——核酸水平
酶分子修饰：通过各种方法使酶分子的结 构发生改变，从而改变酶的催化特性的技术。
主要内容
知识回顾：酶的活性中心 酶分子修饰的目的 酶分子修饰的种类 修饰酶的化学性质 酶分子修饰的应用
第一节 酶的活性中心（active center）
用专一性化学修饰剂修饰酶分子中的某一特定氨 基酸残基的侧链基团。
位点专一性修饰 (亲和标记）
利用酶对底物的特殊亲和力修饰酶分子活性中心 的某一特定氨基酸残基的侧链基团。
亲和标记（位点专一性修饰）
亲和修饰剂： ①与底物结构相似，与活性中心的氨基酸残基亲 和力大，而与活性中心以外的氨基酸残基亲和力 小。 ②具有活泼的化学基团（如卤素）可与活性中心 的基团形成稳定的共价键。
N
CH 2
CH 2
酪氨酸
OH
CH 2 N
组氨酸
N H
CH 2
赖氨酸 CH 2
NH 2
NH
OH
2. 活性部位只占酶分子很小的一部分（1-2%）。
3. 活性部位是一个三维实体。
The active site is often a cleft or crevice on the surface of the protein, in which the substrate is bound by multiple weak interactions.

酶分子修饰

酶分子修饰

3、维持酶功能结构的完整性与抗蛋白酶水解
酶化学修饰后通过两种途径抗蛋白水解酶：
1. 大分子修饰剂产生空间障碍阻挡蛋白 水解酶接近酶分子。“遮盖”酶分子上 敏感键免遭破坏。 2. 酶分子上许多敏感基团交联上修饰剂 后，减少了受蛋白水解酶破坏的可能性。
3、维持酶功能结构的完整性与抗蛋白酶水解
同理，其他有机溶媒，去垢剂等也由于会 破坏维持酶天然构象的平衡力和改变微环 境而导致酶失活。
4、消除酶的抗原性及稳定酶的微环境
酶经过化学修饰后，除了能减少由于内部平衡力 被破坏而引起的酶分子伸展打开外，还由于大分 子修饰剂本身就是多聚电荷体，所以有可能在酶 分子表面形成一层“缓冲外壳”。在一定程度上 抵御外界环境的电荷、极性变化，维持酶活性部 位的微环境相对稳定，使酶能在更广泛的条件下 发挥作用。
3、维持酶功能结构的完整性与抗蛋白酶水解
根据蛋白水解酶是一大分子物质，并只是在充分接近多肽 链上敏感键和敏感基团后才能产生作用的原理，酶化学修 饰期望交联于酶上的大分子修饰剂能产生空间障碍来阻挡 蛋白水解酶接近酶分子，能“遮盖”酶分子上敏感键免遭 破坏。 另外，酶分子上许多敏感基团（如赖氨酸的ε-氨基等）参 与修饰反应，交联上修饰剂后，也减少了酶分子遭受蛋白 水解酶攻击破坏的可能性。
化学修饰方法虽多，但基本都是利用修饰剂所具有的各种 化学基团特性，或直接或经过一定的活化过程，与酶分子 上某氨基酸残基（一般尽量选酶活性非必需基团）产生化 学反应，对酶分子结构进行改造。
化学修饰是分子酶工程的重要手段之一。 只要选择合适的修饰剂和修饰条件，在保 持酶活性的基础上，能够在较大范围内改 变酶的性质，创造天然酶所不具备的优良 特性，甚至创造出新的活性。
酶分子的基本结构是蛋白质，这一特性就决定了 当某种酶在作用于底物使之转变为产物的同时， 其本身也可能成为另一种酶（如蛋白水解酶）的 底物。对于蛋白水解酶来讲，一般是作用于某些 特定敏感键后，导致蛋白多肽链断裂。

酶工程 第九章 酶分子修饰

酶工程 第九章 酶分子修饰

化学修饰的专一性
3. 动力学参数法
pH-酶活力关系的研究，可得到参与反应的必需 基团的pK值，通过比较分析估计基团的种类。
4. 蛋白质工程
将酶相应的cDNA定点突变，突变的cDNA只表达 一个或几个氨基酸被置换的酶蛋白，测定其活性可 知被置换的氨基酸是否为活力所必需。
第二节 酶分子修饰的目的和原理
（2）侧链基团修饰（小分子修饰 ）P141
（side residues modification）
通过化学修饰剂使酶分子侧链基团发生改变，从而改 变酶的催化特性的修饰方法。
侧链基团：组成蛋白质氨基酸残基上的功能团。主 要有：氨基、羧基、胍基、巯基、酚基、咪唑基等。
20种不同氨基酸的侧链基团中只有极性氨基酸的侧 链易被修饰，它们一般具有亲核性。
降低或消除酶蛋白的抗原性
酶蛋白氨基酸组成的抗原决定簇，与修饰剂形成 了共价键。
破坏了抗原决定簇——抗原性降低乃至消除 遮盖了抗原决定簇——阻碍抗原、抗体结合
⑥大分子结合修饰的应用
PEG-超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD） PEG-溶血类蛋白质（链激酶Streptokinase, SK; 尿激酶urokinase, UK等） PEG-天门冬酰胺酶（Asparaginase, ASNase） • 消除了抗原性 • 延长了酶在体内的半衰期 用Dextran修饰-淀粉酶，-淀粉酶，胰蛋白酶、 过氧化氢酶：提高了酶的热稳定性。
1. 通过分子修饰的方法来改变已分离出来的天然 酶的活性。——蛋白质水平
2. 通过基因工程方法改变编码酶分子的基因而达 到改造酶的目的。——核酸水平
酶分子修饰：通过各种方法使酶分子的结 构发生改变，从而改变酶的催化特性的技术。

酶分子修饰PPT课件

方案。
进行修饰实验
根据修饰方案进行实验 操作，实现酶分子的修
饰。
性能评估
对修饰后的酶进行性能 评估，包括稳定性、选 择性、催化效率等方面
的评估。
03
酶分子修饰的应用
酶分子修饰在医药领域的应用
药物设计和改造
疾病诊断和治疗
通过酶分子修饰技术，对药物分子进 行化学结构的改造和优化，提高药物 的疗效、稳定性和选择性。
为了克服现有酶分子修饰技术的局限性，需要不断探索新的修饰方法和策略，提高修饰效 果和特异性。
深入研究酶分子结构和功能关系
深入了解酶分子结构和功能关系，有助于更好地选择修饰位点和设计修饰方案，以实现酶 性能的优化。
开发酶分子修饰的应用实例
加强酶分子修饰在解决实际问题中的应用研究，例如在生物医药、环保、能源等领域的应 用实例开发。
分子，用于解决一些重要的生物学和工业问题。
提高酶的稳定性和催化效率
02
通过酶分子修饰，可以改善酶的稳定性和催化效率，使其在极
端条件下的应用更加广泛。
扩展酶的应用领域
03
随着酶分子修饰技术的发展，酶的应用领域也在不断扩展，例
如在生物医药、环保、能源等领域的应用。
酶分子修饰的未来研究方向
探索新的修饰方法和策略
酶分子修饰的类型
化学修饰
利用化学试剂对酶分子进行修饰 ，改变酶的活性、稳定性等性质 。常见的化学修饰方法包括磷酸 化、糖基化、甲基化等。
生物修饰
利用生物酶对酶分子进行修饰， 改变酶的性质。常见的生物修饰 方法包括蛋白质工程、基因敲除 和突变等。
酶分子修饰的重要性
提高酶的稳定性
通过酶分子修饰可以增加酶的稳 定性，使其在极端环境条件下仍 能保持活性，拓宽了酶的应用范

《酶的分子修饰》课件

酶的分子修饰
汇报人：
单击输入目录标题 酶的分子修饰概述 酶的磷酸化修饰 酶的乙酰化修饰 酶的糖基化修饰 酶的甲基化修饰
添加章节标题
酶的分子修饰概述
酶的分子修饰的定义
酶的分子修饰是指酶在生物体内通过化学修饰改变其结构和功能
常见的酶分子修饰包括磷酸化、乙酰化、甲基化、泛素化等
酶分子修饰可以调节酶的活性、稳定性和定位 酶分子修饰在生物体内具有重要的生理功能，如信号传导、细胞周期调 控等
酶的分子修饰的类型
磷酸化修饰：通过磷酸化酶催化，使酶分子上增加或去除磷酸基团 乙酰化修饰：通过乙酰化酶催化，使酶分子上增加或去除乙酰基团 甲基化修饰：通过甲基化酶催化，使酶分子上增加或去除甲基基团 泛素化修饰：通过泛素化酶催化，使酶分子上增加泛素分子
酶的分子修饰的意义
调节酶的活性：通过修饰改变酶的活性，以适应生理和病理条件下的变 化 参与信号传导：酶的修饰可以参与信号传导，影响细胞功能
影响代谢途径：酶的修饰可以影响代谢途径，影响细胞代谢和功能
参与疾病发生：酶的修饰异常可能导致疾病发生，如癌症、糖尿病等
酶的磷酸化修饰
磷酸化修饰的种类
磷酸化修饰的种类：磷酸化修饰可以分为磷酸化、去磷酸化和磷酸化修饰 磷酸化修饰的种类：磷酸化修饰可以分为磷酸化、去磷酸化和磷酸化修饰 磷酸化修饰的种类：磷酸化修饰可以分为磷酸化、去磷酸化和磷酸化修饰 磷酸化修饰的种类：磷酸化修饰可以分为磷酸化、去磷酸化和磷酸化修饰
磷酸化修饰的酶
磷酸化酶：催化磷酸化反应的酶 磷酸酶：催化去磷酸化反应的酶 磷酸化修饰的酶：在酶分子上引入或去除磷酸基团的酶 磷酸化修饰的作用：调节酶的活性、定位和稳定性
磷酸化修饰的作用
调节酶的活性：磷 酸化修饰可以改变 酶的活性，从而影 响生物体的代谢过 程
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三、修饰方法
修饰酶
四、大分子化学修饰的优点
1.通过修饰提高酶的活性
核糖核酸酶 Vs 右旋糖酐修饰核糖 Vs 右旋糖酐修饰胰凝乳蛋白酶
1
： 5.1
2.通过修饰增强酶的稳定性
酶的半衰期t1/2：酶的活力降低到原来活力一半时所经过 的时间。
很多修饰剂分子具有多个活性基团，常与酶形成多点交 联，使酶的空间结构稳定，特别是使酶活性中心的构象得到保 护。
酶工程学第九周分 子修饰
第六章 酶分子修饰
——通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变，从而 改变酶的某些特性和功能的技术过程称为酶分子修饰。
定义： 酶分子侧链基团的化学修饰：使酶分子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。
可被修饰的氨基 酰化试剂 酸残基侧链
例如： 丹磺酰氯，二甲氨基萘磺酰氯，DNS
烷基化试剂
可被修饰的氨基 酸残基侧链
R ——X： 2，4——二硝基氟苯，DNFB
多肽序列分析法：Sanger N-端序列分析法，1945年
Na2S4O6：连四硫酸钠
四硝基甲烷
二硫二硝基苯甲酸
4，4’－二硫二吡啶 对氯汞苯甲酸 2－氯汞－4－硝基苯酚 N-乙基马来酰亚胺 过氧化氢氧化
氨基的化学修饰
3.通过修饰降低或消除酶的抗原性
当外源蛋白非经口进入人或动物体内后，体内血清中就 可能出现与此外源蛋白特异性结合的物质，这些物质称为抗体， 能引起体内产生抗体的物质称为抗原。
大分子化学修饰是降低甚至消除酶抗原性的有效方法之一
猪肝尿酸酶用白蛋白修饰: 最适pH由天然酶的10.5,下降到7.4—8.5
乙酸酐 2’4’6－三硝基苯酚 2’4－二硝基氟苯 碘代乙酸 还原烷基化
丹磺酰氯
碳二亚胺
硼氟化三甲锌盐 酯化
焦炭酸二乙酯 碘乙酸 碘化反应
胍基的化学修饰
丁二酮 1’2－环己二酮 苯乙二醛
RNA
2’－OH脱氧
DNA
腺苷酸
脱氧腺苷酸
二、常用的修饰剂
右旋糖酐、聚乙二醇、肝素、蔗糖聚合物、聚氨基酸等
举例：超氧化物岐化酶（SOD）
O2- + O2- + 2H+ =H2O 2 +O2 SOD作用：保护DNA，蛋白质和细胞膜
SOD药用：类风湿性关节炎，白内障，膀胱炎，皮肤炎，红斑 狼疮等。
SOD静脉注射：t1/2=6~30min 右旋糖酐-SOD：t1/2=7h 聚乙二醇-SOD：t1/2=35h