人工赋予新功能的蛋白质在诸多前沿领域的研究中均具有重要用途。如携带有同位素或者成像标签的蛋白质在生物医药领域的研究中被广泛使用;另外在生物质能源领域的研究与应用中,酶的固定化以及高聚物化同样具有重大意义。因此,发展简单高效的修饰反应以得到更多具有新型实用功能的蛋白质成为了一个多领域交叉的重大的研究方向。最近基于亚胺键形成的腙连接修饰策略以及二氨基二酸修饰策略在赋予蛋白质新功能上均取得了重大进展。对于腙连接策略而言,其在生理条件下较低的反应效率以及催化剂毒性等问题一直困扰着研究者。虽然发展出的许多种快速反应试剂可以用来实现无催化剂的腙连接反应,但是这些对于快速反应试剂的研究探索均停留在模型反应层面,并没有实现对于真实蛋白质底物的修饰。另外对于二氨基二酸策略来说,其关键是设计与合成胱氨酸的衍生物二氨基二酸。然而目前该类衍生物的种类少,使用条件苛刻,且易引入毒性重金属物质,这些缺点均不利于其在蛋白质修饰中的进一步应用。为了解决这些困难,提高这两种策略在蛋白质修饰中的易用性与实用性,本文开展了两个大方面的课题工作。在第一部分工作中,作者探索了无催化剂的亚胺键形成反应,发展了基于卤素苯甲醛的无催化剂腙连接生物正交反应。首次实现了对蛋白质底物的无催化剂腙连接修饰,对泛素蛋白以及自噬相关蛋白LC3进行了成像标签的标记。但在这个最初版本的无催化剂腙连接反应中,作者仅实现了荧光标签的引入,没有实现蛋白质与更复杂的修饰物之间的反应,因此存在着修饰物拓展性不佳的问题。显然,复杂修饰物(如高分子聚合物、药物)与蛋白质的连接更具实用性。因此作者针对修饰物拓展性差的问题设计了一种通用的邻卤素苯甲醛试剂。这种试剂能够在反应活性保持的前提下进行复杂的修饰物拓展。作者借助这种试剂完成了对蛋白质底物的多种复杂分子引入(如成像标签、药物分子及高分子聚合物)。这一研究可为将来的纤维素酶的高分子聚合物修饰提供基础。在第二部分工作中,作者对二氨基二酸策略中存在的胱氨酸衍生物种类少、反应条件苛刻问题进行了探索。作者设计了不同链结构以及带有新型保护基的胱氨基酸衍生二氨基二酸。与此前报道的二氨基二酸相比,这些新化合物的链结构丰富,使用时的脱保护条件温和并且与固相多肽合成条件相互兼容。此外作者还使用新二氨基二酸成功合成了催产素衍生物,表明其适用于多肽/蛋白质修饰,拓展了二氨基二酸策略的应用范围。