酶分子化学修饰研究进展

酶是高效生物催化剂,在工业和临床医药上应用广泛。但由于酶是蛋白质,稳定性差,且在生物体内有较强的免疫原性,因而严重制约了其应用。对酶分子进行化学修饰是提高其稳定性和降低免疫原性的有效途径。简要介绍几种改进酶催化特性的方法、酶分子修饰效果的分析与评价、酶通过化学修饰获得的新性质及其原理、酶化学修饰的研究动态等。     

酶化学修饰的应用潜力

本文评论了酶化学修饰在酶工程中的应用潜力,介绍了这方面的最新进展。事实证明,只要选择的化学修饰剂及修饰方法合适,有可能在较大范围内改变酶的性质,如稳定性和溶解度、酶催化活力和选择性等,从而创造天然酶所不具备的优良特性,扩大酶的应用范围。     

α-氯丙酸脱卤酶发酵条件研究

以从厌氧污泥中分离筛选获得的对α-氯丙酸有高效脱卤能力的微生物菌株W20为出发菌株,对其发酵生产脱卤酶的工艺进行了研究。其产脱卤酶培养基组成为:葡萄糖20.0 g/L,尿素1.0 g/L,酵母膏0.5 g/L,Na2HPO4.12H2O 3.2 g/L,KH2PO41.5 g/L,无水MgSO40.098 g/L,微量元素液10 mL/L,维生素溶液5.0 mL/L。产酶条件为:接种量10%,培养基初始pH7.0,培养温度30℃,装液量80 mL/250 mL摇瓶,摇床转速180 r/min。在以上获得的培养基和培养条件下培养48 h后测酶活,脱卤酶活力达到8.76 U/g干菌体,比在原始条件下提高约10倍。     

化学修饰单克隆抗体模拟谷胱甘肽过氧化物酶

化学修饰具有底物谷胱甘肽（ＧＳＨ）结合部位的单克隆抗体（４Ａ４）使其结合部位上的丝氨酸（Ｓｅｒ）转变成谷胱甘肽过氧化物酶（ＧＰＸ）的催化基因硒代半胱氨酸（ＳｅＣｙｓ）因而产生高活力的含硒抗体酶（Ｓｅ－ａｂｚｙｍｅ）突变的４Ａ４（ｍ４Ａ４）的ＧＰＸ活力达到了天然酶活力的１９％并对ｍ４Ａ４的酶学性质和动力学性质进行了研究;硒代谷胱甘肽（ＧＳｅＨ）连到４Ａ４结合部位,其ＧＰＸ活力由３．８６Ｕ／μｍｏｌ提     

化学修饰解除天冬酰胺酶抗原性研究

本文报道了用活化的单甲氧基聚乙二醇PEG_2在底物保护的条件下修饰天冬酰胺酶。结果,修饰酶在抗原抗体结合能力完全消失的同时,酶活力保持30％以上,且修饰酶的抗胰蛋白酶水解能力明显增强,体外半衰期延长17倍,免疫原性显著下降。     

微生物卤代烷烃脱卤酶研究进展

卤代烷烃脱卤酶是降解卤代脂肪族化合物的关键酶类,在各种地理环境中的不同微生物中广泛存在,在生物降解和工业生产等方面具有重要的应用价值。目前已经生化鉴定了20个卤代烷烃脱卤酶。近些年来对这些酶的酶学特征、蛋白质结构和系统进化进行了详细的研究。同时,为满足应用实践的需求还对卤代烷烃脱卤酶进行了蛋白质工程改造研究。本文将对卤代烷烃脱卤酶研究的一些新的进展进行综述。     

β-脱卤酶的基因克隆表达及其酶学性质

根据GenBank中的序列设计引物,克隆芽孢杆菌中的β-脱卤酶基因(命名为bhd)。以pET30a(+)为载体、Escherichia coli BL21(DE3)-CondonPlus为宿主菌,实现了bhd的高效表达。使用HisTrapTMFF亲和层析柱纯化重组β-脱卤酶,分子量约为23.1 kD。酶学性质研究表明,纯化的重组β-脱卤酶水解3-氯丙酸制备3-羟基丙酸的最适反应体系为30°C,100 mmol/L,pH 7.0的磷酸钠缓冲液。在最适反应条件下,重组β-脱卤酶的比活为16.2 U/mg,Km和Vmax分别为3.26μmol/L和17.86 mmol/(min.g protein)。在最适反应条件下,以10 mmol/L 3-氯丙酸为底物,反应36 h的转化率在93%以上。     

α-氯丙酸脱卤酶发酵动力学模型

对α-氯丙酸脱卤酶发酵动力学进行了研究。基于Logistic方程和Luedeking-Piret方程,得到了描述Pseudomonas W20菌发酵过程菌体生长、α-氯丙酸脱卤酶生成及基质消耗的动力学数学模型和模型参数,对试验数据与模型进行了验证比较,模型计算值与试验结果拟合良好,平均相对误差大部分小于10%;对脱卤酶反应动力学进行了研究,结果表明脱卤酶的脱卤反应基本符合米氏方程,并求得最大反应速率V_(max)=1.11×10~(-5)mol/(g·min),表观米氏常数K_m=3.72×10~(-3)mol/L。     

R-2-氯丙酸脱卤酶的定向进化

通过易错PCR手段将R-2-氯丙酸脱卤酶定向进化,并使用基于Cl-浓度显色反应的高通量筛选得到有效突变子库,发现突变子DehDIV-G2和DehDIV-E7的酶比活力分别提高25.2%和38.7%。通过SYBYL对酶与底物进行分子对接显示,DehDIV-G2的活化能下降0.961 4 kJ/mol,DehDIV-E7的活化能下降2.549 8 kJ/mol。由于酶和底物R-2-氯丙酸的活化能下降,亲和能力提高,从而提高酶的比活力。     

反义寡核苷酸的化学修饰

反义寡核苷酸的功能在很大程度上取决于其稳定性、生物利用度及与靶基因结合或反应的特性．通过特定的化学修饰可以改变这些物理、化学特性,从而增加其抗病毒、抗肿瘤及对其他特定基因的表达抑制活性．     

N—乙酰氨基葡萄糖转移酶的化学修饰

用化学修饰法和底物保护法研究了大鼠肾脏３种Ｎ－乙酰氨基葡萄糖转移酶（ＧｎＴ）的必需基团,发现氨基和吲哚基为ＧｎＴ－Ⅲ、ＧｎＴ－ＩＶ和ＧｎＴ－Ｖ共同的必需基团,其中氨基可能参与和共同供体底物ＵＤＰ－ＧｌｃＮＡｃ的结合,吲哚基对ＧｎＴ－Ⅲ和ＧｎＴ－ＩＶ可能是受体底物－七糖糖链Ｇｎ２Ｍ３Ｇｎ２－ＰＡ的结合基团,而对ＧｎＴ－Ｖ可能是不参与底物结合的必需基团。胍基可能也参与ＧｎＴ－Ⅲ和供体底物结合,而对Ｇｎ     

聚乙二醇对菠萝蛋白酶的化学修饰

方法:用琥珀酸酐法活化的聚乙二醇对菠萝蛋白酶进行化学修饰,得到菠萝蛋白酶的修饰酶,对比研究三种菠萝蛋白酶:修饰酶、混合酶、天然酶的热稳定性及酸碱稳定性,考察金属离子对三种菠萝蛋白酶的影响。结果:当在55℃水浴保温100min后天然酶活力只保留20%,混合酶活力保留37%,修饰酶活力保留58%;在pH3.0-4.5及pH6.0-7.0的条件下,修饰酶活力高于天然酶活力。当Ca2 的浓度达到0.05mg/mL时,修饰酶的活力高达257.66%;当Mg2 的浓度达到0.035mg/mL时,修饰酶的活力高达147.25%。一价离子Na 对三种菠萝蛋白酶无明显影响。结论:修饰的菠萝蛋白酶对温度和pH值的稳定性均比天然酶有很大程度的提高。混合酶的活力介于天然酶和修饰酶之间说明聚乙二醇对菠萝蛋白酶有一定的保护作用。二价离子Ca2 、Mg2 对三种菠萝蛋白酶活力均有不同程度的激活作用。     

乙醇酸氧化酶必需精氨酸残基的化学修饰

丁二酮能使GAO迅速失活,其失活速度受介质pH和硼酸浓度的显著影响;其修饰反应具可逆性,当透析除去修饰剂和硼酸时,活性得到恢复。失活进程表现为假一级动力学。而计算表明,酶的每一活性中心单位与一分子丁二酮结合便可引起酶的失活。底物和竞争性抑制剂均能有效地保护酶免于失活。氨基酸分析表明,酶的失活是因为丁二酮修饰了精氨酸残基。丁二酮修饰GAO后使酶的K_m增大,而V_m没有变化。     

嗜水气单胞菌胞外蛋白酶的化学修饰

 蛋白酶是嗜水气单胞菌 (Aeromonashydrophila)的重要致病因子 .为研究其结构与功能之间的关系 ,用DEPC、EDC、PMSF、N AI等 9种化学修饰剂处理嗜水气单胞菌J 1株胞外蛋白酶ECPase54,然后检测残余酶活力 ,借以研究酶分子中氨基酸侧链基团与酶活性中心的关系 .结果表明 ,羧基、丝氨酸、ε 氨基、胍基等残基与酶活性无关 ;半胱氨酸残基与酶活性也无直接关系 ;而色氨酸、组氨酸、酪氨酸残基侧链以及二硫键的化学修饰引起酶活性的大幅度的下降 ,说明色氨酸、组氨酸、酪氨酸残基以及二硫键是酶活力所必需的基团     

水飞蓟宾及其类似物的化学修饰研究进展

以天然黄酮类化合物为活性先导物,研究其化学结构与生物活性的关系,进而进行化学修饰研究,是目前创新药物的一条重要思路。药用植物水飞蓟用来治疗肝胆疾病已有2000多年的历史,水飞蓟宾作为水飞蓟素的主要活性成分具有保肝、抗炎和抗癌等活性而备受人们关注,但由于水飞蓟宾极低的溶解性极大地限制了其生物利用度。为此,国内外学者通过化学和物理等方法对其进行修饰和改造,并取得了一定的成果。本文就近10年来水飞蓟宾及其类似物的化学修饰研究进行综述。     

S-2-氯丙酸脱卤酶的定向进化及其应用

为提高S-2-氯丙酸脱卤酶的活力,通过易错PCR的方法将源于假单胞菌(Pseudomonas sp.CGMCC 3267)的脱卤酶(DehII)进行定向进化,进化酶DehII-B2的比活提高3.9倍。同源模建两者的三维结构,并与底物进行分子对接。结果表明,突变位点为A7I,进化酶DehII-B2的结合能比原始酶降低了1.4kcal/mol,活性中心Asp10与底物α碳原子的距离缩短了0.321 6nm,因而加快了酶反应速率、提高了酶比活。目前,该酶的比活高于实验室已得酶。与原始酶相比,其最适温度和热稳定性略有增加,最适pH和pH稳定性没有明显变化。对该酶的应用做了初步的探索,结果表明在40℃,60mmol/L底物浓度下反应10h,转化率达到49.6%,ees>99.9%,因此该酶有一定的应用价值。     

甘露聚糖酶Man23的化学修饰及活性必需基团测定

用化学修饰剂NEM、二甲基溴化锍、EDC、DEPC、TNM、对硝基苯乙二醛、PMSF、TNBS对芽孢杆菌B23产生的甘露聚糖酶M an23进行化学修饰,并测定修饰反应的动力学参数关系。结果显示半胱氨酸、色氨酸(1个)和谷氨酸(或天冬氨酸)残基(2个)是酶活性的必需基团;组氨酸、酪氨酸、精氨酸、丝氨酸和赖氨酸残基均为非必需基团。双向电泳结果显示酶蛋白分子具有一个链内二硫键(Cys90-Cys110)。荧光光谱测定结果显示该酶最大吸收峰为336 nm。底物作用导致酶的发射光谱发生蓝移,说明色氨酸残基位于酶蛋白分子内部的疏水区。     

甲氧基聚乙二醇(mPEG)修饰遮蔽人ABO血型抗原

输血是一种非常有效的临床治疗手段 ,但血型不符会造成输血死亡事故 .为了解决输血中存在的血型匹配困难等问题 ,使用甲氧基聚乙二醇 (mPEG)化学修饰法 ,对红细胞表面的血型抗原进行化学修饰 ,从而达到遮蔽红细胞血型抗原的目的 .通过对mPEG BTC、mPEG ALD和mPEG 2 NHS三种mPEG衍生物对红细胞A抗原和B抗原修饰效果的比较 ,结果表明mPEG BTC修饰效果最好 ,可以完全遮蔽红细胞的A抗原和B抗原 ,使修饰后的A型、B型和AB型红细胞呈现出与O型红细胞相同的血型血清学特征 ;进一步研究证明 ,mPEG BTC与红细胞结合牢固 ,对红细胞结构、功能、变形能力、常规指标和沉降率等基本没有影响 .初步实现了A→O ,B→O和AB→O的血型改造 ,从而为临床输血治疗遇到的偏型、稀有血型、配型困难等问题的解决 ,提供了新的技术方法与思路 .