蛋白质组学

聚乙二醇修饰反应类型

在20种构成蛋白质的常见氨基酸中,只有具有极性的氨基酸残基的侧链基团才能够进行化学修饰。常用的反应氨基酸包括赖氨酸、半胱氨酸、组氨酸、精氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸,N-端氨基和C-端羧基。这些氨基酸残基上的反应性基团多呈亲核性,其亲核活性通常按下列顺序依次递减:巯基>alpha氨基>E氨基>羧基(羧酸盐)>羟基。根据化学修饰剂与蛋白质之间反应性质的不同,修饰反应主要分为酰化反应、烷基化反应、氧化还原反应、芳香环取代反应等类型,对蛋白质进行氨基、巯基和羧基等侧链基团进行化学修饰。巯基通常存在于蛋白质的二硫键和活性位点上,而羧基如果不与蛋白质上的氨基发生分子间或分子内中和反应,也很难活化。因此,蛋白质或多肽分子最容易与修饰剂发生作用的位点是分子表面赖氨酸残基上的氨基,包括alpha氨基或E氨基。
氨基修饰
蛋白质分子表面的游离氨基具有较高的亲核反应活性,一般不处于活性中心部位,因而成为化学修饰中最常用的被修饰基团。主要修饰氨基是赖氨酸的e-、alpha-氨基和末端氨基。游离氨基在蛋白质分子中含量较高,亲电性活化聚乙二醇和氨基酸的游离氨基反应时,多为随机修饰,常有几个氨基被修饰,导致多态混合物的产生,即使只结合一个聚乙二醇,也可能结合在不同的氨基位点上,产生位点异构体。由于蛋白质只有一个末端氨基,因此对它的修饰可以减少多态混合物和位点异构体的产生,但修饰末端氨基的聚乙二醇反应时需使用硼氢氰化钠,有一定的毒性。氨基修饰最常用的修饰剂为SS-PEG、SC-PEG、SPA-PEG、NHS-PEG2和ALD-PEG等。
巯基修饰
活化半胱氨酸的巯基往往处于蛋白质的活性中心部位,位于蛋白质表面的自由巯基远少于氨基,因此修饰效率低下,修饰后蛋白活性损失较大,但其优点是修饰专一性高于氨基修饰。若天然蛋白中不含半胱氨酸,则可通过基因工程改造方法在蛋白的特定区域引入一个或一个以上的自由半胱氨酸,对蛋白质进行定点修饰,从而使生物活性损失最小化,但也可能导致蛋白形成二聚或多聚体。最常用的修饰剂为MAL-PEG。
羧基修饰
羧基的修饰位点包括天冬氨酸、谷氨酸及末端羧基。首先将聚乙二醇分子中的羧基转化为氨基,再在羧二亚胺存在的条件下与蛋白质的羧基结合,但同时也易产生其它的交联反应。目前使用较少。

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