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酶分子的改造方法及研究进展 （侯良玉 生物技术0401 摘要：酶工程的研究已经发展到分子水平，在体外通过基因工程、化学、物理等手段改造酶分子结构与功能，大幅提高了酶分子的进化效率和催化效率，生产有价值的非天然酶。本文对常见的酶分子的改造方法做了一个简单的介绍化学修饰法、生物酶工程法、定点突变法，最后结合当今的形式对酶改造的发展前景做了描述。 关键词：酶分子 改造方法 前景 0 前言 酶，一大类以蛋白质为主体的生物催化剂，具有在常温常压和近中性pH等温和条件下，高效率地进行区域或对映体选择性催化的特点。迄今，从生物界已发现和定性了近3000种酶，分属氧化还原、转移、水解、裂合、异构、连接六大酶类，对许多酶的纯化、结构、功能、动力学性质获得了深入了解[1]。由于酶具有反应专一性、催化效率高及反应条件温和等优点，因此在工业、农业、医药和环保等方面已经得到越来越多的应用。但总体还没有达到大规模应用的程度，其主要原因在于酶自身性质上的一些不足，如不稳定性、对 pH 的要求严格以及具有抗原性等等。因此，人们希望通过各种方法、按照需要定向地改造酶分子，甚至创造出自然界尚未发现的新酶，从而适合各行各业的需要。 1 酶分子改造的目标 1.1 提高酶的稳定性 1.2 提高酶的活性 1.3 增强酶的选择性 1.4 改变酶的表面特性 2 改造酶分子的方法 近年来，特别是随着蛋白质工程的(protein engineering)应用，即把分子生物学、结构生物学、计算生物化学结合起来，根据蛋白质结构与功能关系的知识，经过计算机辅助的分子设计，按照人类的需要，产生性能优良的酶分子。就目前情况来看，现在常用的酶分子修饰方法有： 化学修饰法 ? 在应用过程中，有时会因酶的稳定性差、活力不够理想及具有抗原性等缺点而使其应用受到一定的限制，为此常需对酶进行适当再修饰加工，以改善酶的性能。酶的修饰可分为化学修饰和选择性遗传修饰两类。酶分子的化学修饰是指通过主链的剪接切割和侧链的化学修饰对酶分子进行改造,造的目的在于改变酶的一些性质，创造出天然酶不具备的某些优良性状扩大酶的应用以达到较高的经济效益。酶分子的化学修饰常见的方法有：部分水解酶蛋白的非活性主链，利用小分于或大分子物质对活性部位或活性部位以外的侧链基团进行共价修饰，酶辅因子的置换等。 对自然酶的化学结构进行修饰以改善酶的性能的方法很多。例如，a一淀粉酶一般有 Ca2+，Mg等金属离子，属于杂离子型，若通过离子置换法将其他离子都换成Ca2= ，则酶的活性提高3倍，稳定性也大大增加；胰凝乳蛋白酶与水溶性大分子化合物右旋糖酐结合，酶的空间结构发生某些细微改变，使其催化活力提高4倍；还有对抗白血病药物—— 天冬酰胺酶的游离氨基进行修饰后，该酶在血浆中的稳定性也得到很大的提高。 酶进行化学修饰时，应注意：(1)修饰剂的要求 (2)酶性质的了解 (3)反应条件的选择大多数酶经过修饰后性质会发生一些变化，如酶的热稳定性、抗各类失活因子能力、抗原性、半衰期、最适PH值等酶学性质，酶修饰中存在的问题是，随着酶与修饰剂结合率提高，酶活回收率将下降。克服的方法是采取一些保护措施，如添加酶的竞争性抑制剂，保护酶活性部位以及改进现有的修饰工艺，进一步完善酶的化学修法。?????????????????????????????? 制备修饰酶的目标:提高酶活力;改进酶的稳定性允许酶在一个变化的环境中起作用最适PH值或温度,改变酶的特异性使它能催化不同底物的转化改变催化反应类型,提高催化过程的反应效率。? 生物酶工程法 酶的化学修饰法并非改造酶的惟一手段。随着人们对酶的深入研究以及氨基酸一级结构的测定、基因重组技术的应用等，可以彻底地改造、合成并且模拟酶。这也就是生物酶工程的主要内容。生物酶工程主要包括基因工程技术生产酶和蛋白质工程技术改造酶两方面内容。 基因工程技术改造和生产酶 基因工程改造酶分子主要包括三方面内容：①用基因工程技术大量生产酶。②修饰酶基因，产生遗传修饰。③设计出新酶基因，合成自然界从未有过的酶。???自从 20 世纪 70 年代重组DNA技术的建立，使人们在很大程度上摆脱了对天然酶的依赖，特别是当从天然材料获得酶蛋白极其困难时，重组DNA技术更显示出其独特的优越性。近十年来，基因工程的发展使得人们可以较容易地克隆各种各样天然的酶基因，使其在微生物中高效表达，并通过发酵进行大量生产。目前已有100多种酶基因克隆成功，包括尿激酶基因、凝乳酶基因等。???? 克隆是酶基因工程的关键的一步，是把编码目的酶的基因插入适当的载体然后带人与载体相容的宿主，并随宿主复制。当酶基因插人载体后，在宿主中有两种表达方式，一种是利用自生携带的起始密码子，启动合成与天然酶完全相同的酶