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Enzyme Engineering
酶工程
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第五章 酶的化学修饰
? 第一节 前言
? 第二节 酶化学修饰的方法及修饰剂
? 第三节 酶分子侧链基团的化学修饰
? 第四节 有机大分子对酶的修饰
? 第五节 蛋白质类及其它
? 第六节 修饰酶的性质及特点
? 第七节 酶化学修饰的应用
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第一节 前言
? 一,酶的化学修饰原因
1,稳定性不够，不能适应大量生产的需要。
2,作用的最适条件不符。
3,酶的主要动力学性质的不适应。
4,临床应用的特殊要求。
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二,酶修饰的方向
? 1,核酸水平
? 2,蛋白质水平
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三,酶化学修饰的基本原理
1,如何增强酶天然构象的稳定性与耐热性
2,如何保护酶活性部位与抗抑制剂
3,如何维持酶功能结构的完整性与抗蛋白水解酶
4,如何消除酶的抗原性及稳定酶的微环境
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第一节结束
化学修饰原因
酶修饰的方向
基本原理
稳定性不够，不能适应大量生产的需要。
作用的最适条件不符。
酶的主要动力学性质的不适应。
临床应用的特殊要求。
核酸水平
蛋白质水平
如何增强酶天然构象的稳定性与耐热性
如何保护酶活性部位与抗抑制剂
如何维持酶功能结构的完整性与抗蛋白水
解酶
如何消除酶的抗原性及稳定酶的微环境
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第一节结束
? 点击返回
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第二节 酶化学修饰的方法及修饰剂
? 一,修饰剂的要求
? 二,酶性质的了解
? 三,反应条件的选择
? 四,酶修饰方法
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一,修饰剂的要求
? 1,修饰剂的分子量、修饰剂链的长度对蛋白
质的吸附性。
? 2,修饰剂上反应基团的数目及位置。
? 3,修饰剂上反应基团的活化方法与条件。
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二,酶性质的了解
? 1,酶活性部位情况
? 2,酶的稳定条件、酶反应最适条件
? 3,酶分子侧链基团的化学性质及反应活泼性
等。
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三,反应条件的选择
? 1,反应体系中酶与修饰剂的分子比例。
? 2,反应体系的溶剂性质，盐浓度和 pH条件。
? 3,反应温度及时间。
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四,酶修饰方法
? 1,酶分子侧链基团的化学修饰
? 2,有机大分子对酶的化学修饰
? 3,蛋白质类及其他。
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第二节结束
修饰剂的要求
酶性质的了解
反应条件的选择
酶修饰方法
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第二节结束
? 点击返回
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第三节 酶分子侧链基团的化学修饰
? 一．几种重要的修饰反应
? 二．特定氨基酸残基侧链基团的化学修饰
? 三, 研究新热点
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一．几种重要的修饰反应
? 1．酰化及其相关反应
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2．烷基化反应
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3．氧化和还原反应
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4．芳香环取代反应
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二．特定氨基酸残基侧链基团的化学修饰
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1．巯基的化学修饰
? 巯基具有很强的亲核性，采用巯基化学修饰 剂与酶蛋白
侧链上的巯基结合，使巯基发生改变，从而改变酶的空
间构象、特性和功能。
? 常用：烷基化剂、酰化基、马来酰亚胺
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2．氨基的化学修饰
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3．羧基的化学修饰
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4．咪唑基的化学修饰
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5．胍基的化学修饰
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三, 研究热点 -核酸类酶的修饰
? RNA酶的侧连基团：指组成 RNA的核苷酸残基上的功能
团。主要是核糖 2’-位置上的羟基和嘌呤、嘧啶碱基上的
氨基和羟基。
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第三节结束
? 重要的修饰反应
? 特定氨基酸残基侧
链基团的化学修饰
酰化及其相关反应
烷基化反应
氧化和还原反应
芳香环取代反应
巯基的化学修饰
氨基的化学修饰
羧基的化学修饰
咪唑基的化学修饰
胍基的化学修饰
二硫基的化学修饰
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第三节结束
? 点击返回
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第四节 有机大分子对酶的修饰
? 一, 概念
? 利用水溶性大分子与酶结合，使酶的空间结构发
生某些精细的改变，从而改变酶的特性与功能的
方法称为大分子结合修饰法，简称为大分子结合
法。
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二．常使用的水溶性大分子修饰剂
? 糖及糖的衍生物
? 生物活性大分子
? 具有生物活性的大分子物质
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第四节结束
概念
常用的水溶性大分子修饰剂
举例
糖及糖衍生物：如聚乙二醇
生物活性大分子：如肝素
大分子多聚物：如乙烯酮
精氨酸酶经聚乙二醇（ PEG）结合修饰
聚乙二醇对色氨酸酶进行修饰
聚乙二醇结合修饰后的 L-天门冬酰胺酶
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第四节结束
? 点击返回
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第五节蛋白质类及其它
? 一．蛋白质类修饰
? 二．金属离子置换修饰
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一．蛋白质类修饰
? 血浆蛋白质，其中人血清白蛋白应用较多
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常用方法
? 1．戊二醛法：戊二醛双功能基团
? 2．碳二亚胺法：碳二亚胺作为交联剂
? 3．活性酯法,☆
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活性酯法 - a白蛋白琥珀酰化
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活性酯法 - b 活性酯形成反应
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活性酯法 - c 修饰反应
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二．金属离子置换修饰
? 1,概念
? 通过改变酶分子中所含的金属离子，使酶的特性
和功能发生改变的方法称为金属离子置换修饰。
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2．常用离子
? 常用二价金属离子。
? 金属离子置换修饰法只适用于本来在结构中含有
金属离子的酶
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举例
? 将锌型蛋白酶的 Zn2+除去，然后用 Ca2+置换
成钙型蛋白酶，则酶活力可提高 20-30%。若
将钙型蛋白酶制成结晶，则其酶活力比锌型
蛋白酶结晶的酶活力提高 2-3倍。
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第六节 修饰酶的性质及特点
? 一．热稳定性
? 二．抗原性
? 三．体内半衰期
? 四．最适 pH
? 五．酶学性质的改变
? 六．对组织的分布能力变化
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一．热稳定性
? 热稳定性增加
? 1．修饰剂与酶多点交联，固定了酶的分子构象，
增强了酶的热稳定性。
? 2．增强酶天然构象的稳定性减少了酶热失活。
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二．抗原性
? 部分可消除。 PEG、人血清白蛋白在消除酶抗原
性上效果明显。
退出
三．体内半衰期
? 体内半衰期延长
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四．最适 pH
? 有些酶经过化学修饰后，最适 pH发生变化
退出
五．酶学性质的改变
? 绝大多数酶经过修饰后，最大反应速度没有改变，
但有些酶在修饰后，米氏常数会增大。
退出
六．对组织的分布能力变化
? 对组织的分布能力有所改变，能在血液中被靶器
官选择性地吸收。
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第六节结束
热稳定性
抗原性
体内半衰期
最适 pH
酶学性质的改变
对组织的分布能力变化
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第六节结束
? 点击返回
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第七节 酶化学修饰的应用
? 一．化学修饰在酶的结构与功能研究中的应用
? 生物技术领域,改变酶的最适 pH、改变酶底物专一性、有机溶剂
可溶解酶、提高酶耐热、酸、碱的能力
? 理论研究,酶中特定基团之间距离、氨基酸残基的存在状态、酶
的大小形状和构象、确定酶活性部位、氨基酸数量顺序测定
? 医药,解除医用酶免疫源性和抗原性、提高医用酶稳定性、延长
医用酶体内半衰期
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应用
? 1,研究酶的空间结构
? 2,确定氨基酸残基的功能
? 3,测定酶分子中某种氨基酸的数量
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三,蛋白质化学修饰的局限性
? 化学修饰专一性相对
? 酶的构象有些变化
? 只能在具有极性的氨基酸残基侧链上进行
? 研究酶结构与功能缺乏准确性和系统性
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第七节结束
化学修饰在酶的结构与功能研究中的应用
化学修饰酶在医药和生物技术中的应用
蛋白质化学修饰的局限性
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第七节结束
? 点击返回
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第五章 酶的化学修饰
? 第一节 前言
? 第二节 酶化学修饰的方法及修饰剂
? 第三节 酶分子侧链基团的化学修饰
? 第四节 有机大分子对酶的修饰
? 第五节 蛋白质类及其它
? 第六节 修饰酶的性质及特点
? 第七节 酶化学修饰的应用
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第一节 前言
? 一,酶的化学修饰原因
1,稳定性不够，不能适应大量生产的需要。
2,作用的最适条件不符。
3,酶的主要动力学性质的不适应。
4,临床应用的特殊要求。
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二,酶修饰的方向
? 1,核酸水平
? 2,蛋白质水平
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三,酶化学修饰的基本原理
1,如何增强酶天然构象的稳定性与耐热性
2,如何保护酶活性部位与抗抑制剂
3,如何维持酶功能结构的完整性与抗蛋白水解酶
4,如何消除酶的抗原性及稳定酶的微环境
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第一节结束
化学修饰原因
酶修饰的方向
基本原理
稳定性不够，不能适应大量生产的需要。
作用的最适条件不符。
酶的主要动力学性质的不适应。
临床应用的特殊要求。
核酸水平
蛋白质水平
如何增强酶天然构象的稳定性与耐热性
如何保护酶活性部位与抗抑制剂
如何维持酶功能结构的完整性与抗蛋白水
解酶
如何消除酶的抗原性及稳定酶的微环境
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第二节 酶化学修饰的方法及修饰剂
? 一,修饰剂的要求
? 二,酶性质的了解
? 三,反应条件的选择
? 四,酶修饰方法
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一,修饰剂的要求
? 1,修饰剂的分子量、修饰剂链的长度对蛋白
质的吸附性。
? 2,修饰剂上反应基团的数目及位置。
? 3,修饰剂上反应基团的活化方法与条件。
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二,酶性质的了解
? 1,酶活性部位情况
? 2,酶的稳定条件、酶反应最适条件
? 3,酶分子侧链基团的化学性质及反应活泼性
等。
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三,反应条件的选择
? 1,反应体系中酶与修饰剂的分子比例。
? 2,反应体系的溶剂性质，盐浓度和 pH条件。
? 3,反应温度及时间。
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四,酶修饰方法
? 1,酶分子侧链基团的化学修饰
? 2,有机大分子对酶的化学修饰
? 3,蛋白质类及其他。
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第二节结束
修饰剂的要求
酶性质的了解
反应条件的选择
酶修饰方法
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第二节结束
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第三节 酶分子侧链基团的化学修饰
? 一．几种重要的修饰反应
? 二．特定氨基酸残基侧链基团的化学修饰
? 三, 研究新热点
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一．几种重要的修饰反应
? 1．酰化及其相关反应
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2．烷基化反应
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3．氧化和还原反应
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4．芳香环取代反应
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二．特定氨基酸残基侧链基团的化学修饰
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1．巯基的化学修饰
? 巯基具有很强的亲核性，采用巯基化学修饰 剂与酶蛋白
侧链上的巯基结合，使巯基发生改变，从而改变酶的空
间构象、特性和功能。
? 常用：烷基化剂、酰化基、马来酰亚胺
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2．氨基的化学修饰
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3．羧基的化学修饰
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4．咪唑基的化学修饰
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5．胍基的化学修饰
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三, 研究热点 -核酸类酶的修饰
? RNA酶的侧连基团：指组成 RNA的核苷酸残基上的功能
团。主要是核糖 2’-位置上的羟基和嘌呤、嘧啶碱基上的
氨基和羟基。
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第三节结束
? 重要的修饰反应
? 特定氨基酸残基侧
链基团的化学修饰
酰化及其相关反应
烷基化反应
氧化和还原反应
芳香环取代反应
巯基的化学修饰
氨基的化学修饰
羧基的化学修饰
咪唑基的化学修饰
胍基的化学修饰
二硫基的化学修饰
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第四节 有机大分子对酶的修饰
? 一, 概念
? 利用水溶性大分子与酶结合，使酶的空间结构发
生某些精细的改变，从而改变酶的特性与功能的
方法称为大分子结合修饰法，简称为大分子结合
法。
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二．常使用的水溶性大分子修饰剂
? 糖及糖的衍生物
? 生物活性大分子
? 具有生物活性的大分子物质
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概念
常用的水溶性大分子修饰剂
举例
糖及糖衍生物：如聚乙二醇
生物活性大分子：如肝素
大分子多聚物：如乙烯酮
精氨酸酶经聚乙二醇（ PEG）结合修饰
聚乙二醇对色氨酸酶进行修饰
聚乙二醇结合修饰后的 L-天门冬酰胺酶
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第五节蛋白质类及其它
? 一．蛋白质类修饰
? 二．金属离子置换修饰
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一．蛋白质类修饰
? 血浆蛋白质，其中人血清白蛋白应用较多
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常用方法
? 1．戊二醛法：戊二醛双功能基团
? 2．碳二亚胺法：碳二亚胺作为交联剂
? 3．活性酯法,☆
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活性酯法 - a白蛋白琥珀酰化
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活性酯法 - b 活性酯形成反应
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活性酯法 - c 修饰反应
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二．金属离子置换修饰
? 1,概念
? 通过改变酶分子中所含的金属离子，使酶的特性
和功能发生改变的方法称为金属离子置换修饰。
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2．常用离子
? 常用二价金属离子。
? 金属离子置换修饰法只适用于本来在结构中含有
金属离子的酶
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举例
? 将锌型蛋白酶的 Zn2+除去，然后用 Ca2+置换
成钙型蛋白酶，则酶活力可提高 20-30%。若
将钙型蛋白酶制成结晶，则其酶活力比锌型
蛋白酶结晶的酶活力提高 2-3倍。
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第六节 修饰酶的性质及特点
? 一．热稳定性
? 二．抗原性
? 三．体内半衰期
? 四．最适 pH
? 五．酶学性质的改变
? 六．对组织的分布能力变化
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一．热稳定性
? 热稳定性增加
? 1．修饰剂与酶多点交联，固定了酶的分子构象，
增强了酶的热稳定性。
? 2．增强酶天然构象的稳定性减少了酶热失活。
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二．抗原性
? 部分可消除。 PEG、人血清白蛋白在消除酶抗原
性上效果明显。
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三．体内半衰期
? 体内半衰期延长
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四．最适 pH
? 有些酶经过化学修饰后，最适 pH发生变化
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五．酶学性质的改变
? 绝大多数酶经过修饰后，最大反应速度没有改变，
但有些酶在修饰后，米氏常数会增大。
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六．对组织的分布能力变化
? 对组织的分布能力有所改变，能在血液中被靶器
官选择性地吸收。
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第六节结束
热稳定性
抗原性
体内半衰期
最适 pH
酶学性质的改变
对组织的分布能力变化
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第六节结束
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第七节 酶化学修饰的应用
? 一．化学修饰在酶的结构与功能研究中的应用
? 生物技术领域,改变酶的最适 pH、改变酶底物专一性、有机溶剂
可溶解酶、提高酶耐热、酸、碱的能力
? 理论研究,酶中特定基团之间距离、氨基酸残基的存在状态、酶
的大小形状和构象、确定酶活性部位、氨基酸数量顺序测定
? 医药,解除医用酶免疫源性和抗原性、提高医用酶稳定性、延长
医用酶体内半衰期
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应用
? 1,研究酶的空间结构
? 2,确定氨基酸残基的功能
? 3,测定酶分子中某种氨基酸的数量
退出
三,蛋白质化学修饰的局限性
? 化学修饰专一性相对
? 酶的构象有些变化
? 只能在具有极性的氨基酸残基侧链上进行
? 研究酶结构与功能缺乏准确性和系统性
退出
第七节结束
化学修饰在酶的结构与功能研究中的应用
化学修饰酶在医药和生物技术中的应用
蛋白质化学修饰的局限性
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