酶蛋白的穩(wěn)定性和穩(wěn)定化課件

酶蛋白的穩(wěn)定性和穩(wěn)定化酶蛋白的穩(wěn)定性和穩(wěn)定化1第一節(jié)前言

酶蛋白的穩(wěn)定性是指酶蛋白抵抗各種因素的影響，保持其生物活力的能力。酶特定的空間結(jié)構(gòu)決定其生物活性，因此穩(wěn)定化的結(jié)果就是保持其空間結(jié)構(gòu)。研究酶蛋白的穩(wěn)定性不僅對齊基礎(chǔ)理論的研究具有重要意義，對提高其操作和貯存穩(wěn)定性，擴(kuò)大酶的使用范圍具有重大的實(shí)用價(jià)值。第一節(jié)前言酶蛋白的穩(wěn)定性2酶蛋白的穩(wěn)定性和穩(wěn)定化課件3酶蛋白的穩(wěn)定性和穩(wěn)定化課件4酶蛋白的穩(wěn)定性和穩(wěn)定化課件5酶蛋白的穩(wěn)定性和穩(wěn)定化課件6酶蛋白的穩(wěn)定性和穩(wěn)定化課件7酶蛋白的穩(wěn)定性和穩(wěn)定化課件8DisulfidebondDisulfidebond95.敏感氨基酸含量低酶蛋白的變性等反應(yīng)容易發(fā)生在敏感的氨基酸殘基上，如活性部位的氨基酸被氧化是酶蛋白失活最常見的現(xiàn)象。在穩(wěn)定的嗜熱酶中不穩(wěn)定氨基酸的數(shù)目明顯比相應(yīng)的嗜溫酶蛋白中低。

5.敏感氨基酸含量低106.氨基酸殘基的堅(jiān)實(shí)裝配酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)中有孔隙，通常這些孔隙被水分子所充滿。極性的水分子通過布朗運(yùn)動(dòng)與蛋白質(zhì)的疏水鍵接觸會導(dǎo)致蛋白質(zhì)不穩(wěn)定。若酶蛋白的結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)，則水分子從孔隙中被除去，蛋白的穩(wěn)定性也相應(yīng)增加。

6.氨基酸殘基的堅(jiān)實(shí)裝配11

酶蛋白中非極性側(cè)鏈約占其總體積的一半，從熱力學(xué)上來說它們與水的接觸是不利的，因?yàn)閲@非極性基團(tuán)的水分子，相對溶液中其他地方的水分子來說更有序，形成一個(gè)封閉結(jié)構(gòu)，或稱為“籠形”結(jié)構(gòu)。水分子彼此之間形成氫鍵，而且只是很脆弱地結(jié)合在封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)的基團(tuán)上。當(dāng)發(fā)生疏水相互作用時(shí)，水分子排列有序形成的“籠形”結(jié)構(gòu)被破壞，這部分水進(jìn)入自由水中，使水分子熵增加。

7.疏水相互作用酶蛋白中非極性側(cè)鏈約占其總體積的一半，從12但最近X射線結(jié)晶學(xué)方法證實(shí)，蛋白質(zhì)非極性表面上水分子的結(jié)構(gòu)重排，能引起系統(tǒng)的熵值降低和蛋白質(zhì)折疊狀態(tài)的改變：蛋白質(zhì)的非極性部分總是傾向于使其不與水接觸，并盡可能的隱藏在蛋白質(zhì)球體內(nèi)部，從而增加蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。

酶蛋白的穩(wěn)定性和穩(wěn)定化課件13二、測定蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的方法熔化溫度（Tm，酶蛋白變性伸展過程中的溫度）變性劑濃度（50%伸展所需要的變性劑濃度）自由能變化（ΔG）最大穩(wěn)定性溫度（Ts）相對活力/%（時(shí)間t時(shí)保留的活力）加速降解試驗(yàn)（在較高溫度下加速酶失活速度）二、測定蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的方法熔化溫度（Tm，酶蛋白變性伸展過程14（1）蛋白水解酶和自溶作用（2）聚合作用（構(gòu)象改變、分子間二硫鍵的交換反應(yīng)）（3）極端pH（遠(yuǎn)離等電點(diǎn)時(shí)，酶分子內(nèi)相同電荷間的靜電斥力導(dǎo)致蛋白質(zhì)伸展）（4）氧化作用（部分氨基酸側(cè)鏈易氧化）（5）表面活性劑和去污劑（與酶蛋白結(jié)合，導(dǎo)致疏水氨基酸殘基暴露）（6）變性劑：

高濃度鹽（結(jié)合酶蛋白的帶電基團(tuán)與降低酶蛋白周圍的水簇?cái)?shù)目）有機(jī)溶劑（改變介電常數(shù)、奪水及使疏水基團(tuán)暴露）金屬離子（螯合）脲和鹽酸胍（消除疏水相互作用及與酶蛋白分子直接作用）三、蛋白質(zhì)不可逆失活的原因和機(jī)理（1）蛋白水解酶和自溶作用三、蛋白質(zhì)不可逆失活的原因和機(jī)理15（7）重金屬離子和巰基試劑（與酶蛋白的某些基團(tuán)反應(yīng)）（8）熱（構(gòu)象改變使其反應(yīng)基團(tuán)和疏水區(qū)域暴露，并互相作用）（9）機(jī)械力：振動(dòng)（增加氣-液界面的面積，酶蛋白分子在此界面上伸展導(dǎo)致疏水殘基暴露而引起聚合）剪切（剪切力導(dǎo)致疏水殘基暴露而引起聚合）超聲波（產(chǎn)生氣泡，氣泡產(chǎn)生機(jī)械力與熱）壓力（變性后聚合）（10）冷凍和脫水（酶分子濃縮過程中微環(huán)境中pH和離子強(qiáng)度的劇烈改變、某些鍵發(fā)生反應(yīng)）（11）輻射作用（形成自由基引起酶蛋白一級結(jié)構(gòu)的共價(jià)改變、與水輻射分解副產(chǎn)物反應(yīng)）（7）重金屬離子和巰基試劑（與酶蛋白的某些基團(tuán)反應(yīng)）16第三節(jié)酶蛋白的穩(wěn)定化一、固定化