酶的分子设计, 改造与工程应用
生物工程中的酶工程技术使用方法
生物工程中的酶工程技术使用方法引言：生物工程是一门将生物学、化学、工程学等理论与技术相结合的学科，它与现代产业和生活密切相关，并在许多领域发挥了重要作用。
酶工程技术作为生物工程的核心之一，广泛应用于医药、食品、化工、能源等领域。
本文将介绍生物工程中酶工程技术的使用方法。
一、选取合适的酶在生物工程中，根据实际需要选择合适的酶对目标产物进行催化反应是至关重要的。
酶是一种生物催化剂，具有高效、选择性和环境友好等特点。
因此，在进行酶工程之前，需要调研目标产物及其催化反应的特点，以确定最适合的酶。
例如，对于酶可承载的底物种类、反应温度和酸碱度等因素进行综合考虑，选择适合的酶。
二、酶工程基因的选择与改造酶工程技术的应用离不开基因工程的手段。
通过DNA重组技术、启动子的选择、基因调控元件的设计等手段，可以将理想的酶基因导入到宿主生物中。
这需要将目标基因与宿主生物的基因组进行兼容，并确保其在宿主生物中的表达量和稳定性。
同时，对于目标酶本身的改造也是酶工程技术的重要步骤。
借助于分子生物学技术，可以对目标酶进行特定的突变，以改变其活性、稳定性或底物特异性。
例如，酶突变可以通过有针对性地改变酶的氨基酸序列，从而提高其活性或选择性。
三、酶工程系统的优化酶工程技术的应用通常需要建立一个完整的酶工程系统。
这个系统包括酶的产生（发酵）、分离纯化和催化反应等步骤。
在建立酶工程系统时，有几个关键环节需要进行优化。
首先，酶的产生通常利用大规模发酵技术。
要实现高效的产酶，需要确定优化发酵条件，包括培养基成分、温度、pH值、搅拌速度等。
此外，还需考虑基因表达的调控，如改变启动子和编码序列等，以提高目标酶基因的表达水平。
其次，分离纯化是酶工程中的关键步骤之一。
传统的分离纯化技术包括层析、电泳和过滤等方法。
近年来，随着膜分离技术和亲和层析技术的进步，分离纯化的效率得以提高。
选择合适的分离纯化方法可以实现高纯度的酶产物。
最后，催化反应是酶工程中的核心步骤。
酶工程技术在制药中的应用研究
酶工程技术在制药中的应用研究随着医学的不断发展，药物的研制也日益提高了人类的健康水平，其中酶工程技术在制药中起到了重要的作用。
本文将围绕酶工程技术在制药中的应用展开论述。
一、酶工程技术简介酶是一种生物催化剂，能够在体内促进反应的进行。
而酶工程技术则是指利用现代分子生物学和遗传工程的方法，对酶进行设计、改造、合成和利用的技术。
酶工程技术的出现，为制药行业带来了新的机遇和挑战。
二、酶工程技术在制药中的应用1. 酶制药酶制药是利用酶在体外合成药物或对药物进行标记的一种方法。
由于酶具有高效、选择性强、对环境友好等特点，因此在制药中被广泛应用。
举例来说，酶可以在体外合成抗癌药物、维生素、抗生素等有效成分，也可以对药物进行放射性标记，在体内追踪药物的分布和代谢过程。
2. 酶工程技术在酶药物研制中的应用酶药物是指利用特定酶来治疗疾病的药物，在制药中具有广泛的应用前景。
随着酶工程技术不断发展，越来越多的酶药物被开发出来。
例如，利用酶切割蛋白质能够治疗关节炎和癌症等疾病，在新药研究中扮演了重要的角色。
3. 酶反应过程中的控制与优化在酶反应过程中，酶的性质和反应条件等都会对反应过程产生影响，因此需要对反应过程进行控制和优化。
酶工程技术可以通过改变酶的性质或设计特殊的反应条件，来优化酶反应过程，提高反应效率和质量。
例如，利用反应工程学方法，可以对pH、温度、底物浓度等因素进行优化，从而提高酶反应的产率和效率。
4. 酶工程技术在纯化和分离过程中的应用在药物的制备过程中，纯化和分离是非常关键的步骤，影响着药物的质量和产率。
酶工程技术可以将药物在分离过程中与特定酶结合，通过酶的特异性去除其他无关成分，从而达到提高药物纯度和分离效率的目的。
三、酶工程技术在制药中的应用前景随着现代医学的不断进步，药物的精细化和个性化成为制药行业的重要趋势。
酶作为一种天然催化剂，具有高效、安全、环保等优势，可以满足药物制备的高效性和精细化的要求，在药物研究和制备中的应用前景广阔。
酶工程技术的研究及其在医药领域的应用
酶工程技术的研究及其在医药领域的应用一、本文概述随着生物技术的飞速发展，酶工程技术作为其中的重要组成部分，已经在医药领域展现出广阔的应用前景。
酶，作为生物体内的一类特殊蛋白质，具有高效、专一和温和的催化特性，因此被广泛用于医药、化工、食品等多个领域。
本文旨在探讨酶工程技术的最新研究进展，并重点分析其在医药领域的应用现状和发展趋势。
本文将对酶工程技术的基本原理和方法进行简要介绍，包括酶的来源、分离纯化、固定化以及酶反应器的设计等。
在此基础上，文章将重点论述酶工程技术在医药领域的多个应用方面，如药物合成、药物转化、药物分析和疾病诊断等。
通过具体案例和数据分析，展示酶工程技术在提高药物生产效率、降低药物成本、改善药物质量和提高疾病诊疗准确性等方面的积极作用。
本文还将对酶工程技术在医药领域面临的挑战和未来发展方向进行深入探讨。
随着生物技术的不断进步，酶工程技术的研究和应用将更加深入和广泛。
例如，新型酶的发现与改造、酶固定化技术的创新、酶反应器的优化以及酶工程技术在基因治疗和细胞治疗等新兴领域的应用等，都将成为未来研究的热点和方向。
酶工程技术在医药领域的应用已经取得了显著成果，并展现出广阔的发展前景。
本文将从多个角度全面分析酶工程技术在医药领域的应用现状和发展趋势，以期为相关领域的研究和实践提供有益的参考和借鉴。
二、酶工程技术的基础理论酶工程技术，作为一门应用生物技术的分支，其基础理论主要涵盖酶学基本原理、酶反应动力学、酶分子设计和改造以及酶固定化技术等方面。
酶学基本原理是酶工程技术的基石。
酶是生物体内具有催化功能的蛋白质，具有高度专一性和高效性。
酶通过降低反应的活化能来加速生物化学反应，使得原本难以进行的反应在温和条件下也能迅速进行。
了解酶的结构、催化机制以及影响因素，对于酶工程技术的应用至关重要。
酶反应动力学是研究酶催化反应速率与反应物浓度关系的科学。
通过对酶反应动力学的研究，可以了解酶催化反应的速度控制步骤、反应速率常数以及反应机制等，为酶工程技术的优化提供理论依据。
酶的生物改造共65页课件.ppt
4、定向进化的原理
在待进化酶基因的PCR扩增反应中，利用Taq DNA聚合 酶不具有3’->5’校对功能的性质，配合适当条件， 以很低的比率向目的基因中随机引入突变，构建突变 库，凭借定向的选择方法，选出所需性质的优化酶 (或蛋白质)，从而排除其他突变体。
定向进化的基本规则是“获取你所筛选的突变体”。 定向进化=随机突变+选择。前者是人为引发的，后者
3、酶的定向进化技术
定义： 从一个或多个已经存在的亲本酶（天然或人为 获得）出发，经过基因突变和重组，构建一个 人工突变基因库，通过筛选最终获得预先期望 具有某些特性的进化酶；
所谓酶的体外定向进化，又称实验分子进化，属于蛋 白质的非合理设计，它不需事先了解酶的空间结构和 催化机制，通过人为地创造特殊的条件，模拟自然进 化机制(随机突变、重组和自然选择)，在体外改造酶 基因，并定向选择出所需性质的突变酶。
虽相当于环境，但只作用于突变后的分子群，起着选 择某一方向的进化而排除其他方向突变的作用，整个 进化过程完全是在人为控制下进行的
酶定向进化的过程和应用范围
蛋白质
随机突变 随机杂交
•稳定性 •活性 •有机溶液中的活性 •不同的底物的利用 •酸碱度 •蛋白质的表达 •亲和性 •专一性
性能
筛选
目达标到蛋目的白
三、酶定向进化的基本过程
随机突变 不同的定向进化方法构建突变基因 载体的选择，基因重组，组建基因
突变基因的筛选 平板筛选法，荧光筛选法，表面展示法
1、定向进化的方法
无性进化方法：易错PCR法，盒式诱变 有性进化方法
1）DNA改组法（DNA Shuffling) 2）体外随机重组法（RPR) 3）交错延伸法(StEP) 基因家族的同源重组 外显子的改组 杂合进化
蛋白质与酶的工程改造技术及其应用
蛋白质与酶的工程改造技术及其应用蛋白质是构成生物体细胞的基本结构单元，对于生命活动的各种过程都具有重要的作用。
酶则是生物体内催化反应的重要媒介，通过发挥催化活性加速生命过程，维持了细胞的生存。
传统的酶工程技术主要将重点放在酶的分离和纯化上，但是这种方法成本高、效率低，对于大规模生产和应用场景并不适用。
随着现代生物技术的不断发展，蛋白质与酶的工程改造技术不断更新，为生物制药、酶催化反应等领域提供了新的解决方案。
本文将介绍蛋白质与酶的工程改造技术及其应用。
一、蛋白质工程改造技术1.点突变技术点突变技术是将蛋白质基因的某个碱基或氨基酸序列进行改变，从而使其具有不同的功能、活性或特定的理化性质。
这种技术在人类疾病治疗、新型药物研发、工业酵素等领域有着广泛的应用。
例如，通过点突变技术可以将普通抗体转化为更强力、更稳定的人源化抗体，提高其在治疗上的效果；也可以将酵素的催化速率、热稳定性等进行调整，以适应特定的工业需求。
2.融合蛋白技术融合蛋白技术是将两个或多个不同蛋白质结构域进行连接，形成一个新的分子，从而具有多种不同的功能。
融合蛋白技术不仅可以产生新的蛋白质，还可以对原有蛋白质的稳定性、性质等进行调整。
例如，通过将大肠杆菌外膜蛋白（OmpA）与绿色荧光蛋白（GFP）进行融合，可以得到具有膜定位与荧光表达功能的融合蛋白，用于生物成像和药物靶向测定等领域。
3.点突变与融合蛋白技术的结合将点突变和融合技术相结合可以使得蛋白质的活性和稳定性得到双重提升。
例如，通过将发酵产物氨基酸脱羧酶（ADC）与乙醇磷酸酸转移酶（EPAT）进行融合，并进行点突变，可以得到具有更高催化效率和稳定性的蛋白质。
二、酶工程改造技术酶催化反应是生物科学和化学领域中的重要研究内容，具有广泛的应用前景。
酶工程改造技术可以通过改变酶的氨基酸组成、酶的整体结构、酶的环境条件等，调节酶的催化效率和稳定性，达到增强酶活性、改进反应过程、提高酶的选择性等目的。
现代生物化工中酶工程技术研究与应用
现代生物化工中酶工程技术研究与应用1. 引言1.1 背景介绍生物化工作为生物技术领域的一个重要分支，是利用生物学原理和工程技术解决工业生产过程中的环境问题和提高生产效率的重要手段。
而酶工程技术作为生物化工领域的重要支撑技术，其在现代生物化工中发挥着越来越重要的作用。
在当前全球气候变暖和资源匮乏的大背景下，生物化工以其可持续性和环保性逐渐成为产业发展的主流方向。
而酶工程技术作为生物化工中的重要技术手段，将继续发挥其在提高生产效率、减少资源浪费和环境污染等方面的重要作用。
对现代生物化工中酶工程技术的研究与应用具有重要意义。
1.2 研究意义酶工程技术在现代生物化工中具有重要的意义。
通过酶工程技术可以改善传统化工生产工艺，提高生产效率，减少能源消耗，降低生产成本。
酶工程技术有助于开发新型的生物催化过程，可以实现对复杂化合物的高效合成，拓展生物合成的应用领域。
酶工程技术可以为医药和食品工业提供更加安全、高效和绿色的生产手段，为人类健康和生活质量的提升提供支持。
酶工程技术的研究还有助于深化对生命科学的理解，推动生物技术的发展和创新。
深入研究与应用酶工程技术对于推动现代生物化工的发展，促进科技进步和经济发展具有重要的意义。
1.3 研究目的研究目的是为了探索和发展酶工程技术在现代生物化工领域中的应用潜力，进一步提高生物转化过程的效率和产量。
通过深入研究酶的结构和功能特性，不断改良和优化酶的性能，实现对特定底物的高效催化转化，从而提高生产效率，降低能耗，减少废弃物排放，推动生物化工产业的可持续发展。
研究酶工程技术的前沿进展，探讨新型酶的发现和设计方法，探索利用合成生物学和基因编辑技术构建高效酶系统的可能性，为未来生物化工的发展提供技术支持和指导。
通过本文的研究，旨在加深对酶工程技术的理解，探索其在现代生物化工中的应用前景，促进技术创新和产业升级，推动生物资源的可持续利用和环境保护。
2. 正文2.1 酶工程技术概述酶工程技术是一门结合生物学、化学、工程学等多学科知识的交叉领域，是利用基因工程技术对酶进行改造和优化，以提高其在生物化工生产中的效率和稳定性的技术。
酶与酶工程
1.酶1.1酶的基本概念酶的化学本质是蛋白质，这一点是被生物化学所证明了的，研究酶的化学本质，可用研究蛋白质的方法进行研究。
一般情况下，一个结构完整的酶包括蛋白质和非蛋白质两部分，蛋白质部分称为辅基酶蛋白，非蛋白质部分称为辅助因子，辅基酶蛋白和辅助因子构成一个全酶。
辅助因子的化学本质因不同的酶而不同，它可以是小分子量的有机化合物，也可以是无机矿物质离子。
酶是一种生物催化剂，在催化活性上与无机催化剂类似，酶在催化反应时，其本身不发生化学改变，只是催化反应的进行，此外，酶在催化反应时，仅改变反应速度，并不改变反应的平衡。
酶催化反应的动力学机理是降低反应的活化能。
酶作为生物催化剂，其催化反应的专一性远远超过无机催化剂，根据酶的专一化程度，可分为绝对专一性和相对专一性。
绝对专一性：是指一种酶只能催化一种底物进行一种反应，底物的分子结构、空间构型及构象的不同都表现出专一性。
相对专一性：是指一种能够催化一类结构相似的物质进行相同类型的反应，主要是对某一化学键的专一性。
例如，胰蛋白酶(Trypsin EC 3.4.31.4)催化含有赖氨酸或精氨酸羰基的肽键的水解反应，凡是具有含赖氨酸或精氨酸羰基酰胺键的底物都能被此酶催化水解。
1.2酶的结构和功能构成酶活性中心的氨基酸在一级结构上，呈分散状态，这些氨基酸是通过酶蛋白的二、三、四级结构使得其在空间上彼此集中，构成一个特定的与酶活性表达有关区域，这个特定区域即酶的活性中心(active center)，换句话说，酶的活性中心是酶分子上的与底物结合并催化反应的特定基团或特定区域。
酶活性中心包括两部分，其一是底物结合部位，其二是催化部位。
必需基团参与构成酶的活性中心和维持酶的特定构象。
必需基团是指酶分子中某些基团若经化学修饰后（氧化、烷化、酰化、还原等）使其结构改变，则酶分子丧失活性。
活性部位的基团都是必需基团，必需基团包括活性中心基团和其外的对维持酶活性空间构象所必需的一些基团。
酶分子改造的方法及应用
酶分子改造的方法及应用摘要：酶工程是研究酶的生产和应用的一门技术性学科，进入20世纪后，随着微生物发酵技术的发展和酶分离纯化技术的更新，酶制剂的研究得到不断推进并实现了其商业化生产，但直接利用酶制剂时存在酶的稳定性差、使用效率低、不能在有机溶剂中反应等缺点。
通过酶的修饰可提高酶的稳定性，消除或降低酶的抗原性，使之更适合生产和应用的要求。
近年来发展的蛋白质工程技术则使酶的定向改造成为可能。
随着生物技术的发展，酶工程将引起巨大的变革。
关键词：酶分子修饰蛋白质工程模拟酶引言：近年来，酶工程开始兴起，迅速发展，其研究成果也越来越广泛地运用于各个领域。
虽然如此，但是由于酶一离开其特定的环境条件就会变得不太稳定，不适合大批量生产的需求，因此，大规模应用酶和酶工艺的还不多。
在工业应用中，底物及产物带来的影响常常导致pH偏离酶作用的最适条件的中性范围，使酶难以发挥作用。
在临床应用上，绝大多数酶对人体而言都是外源蛋白质，具有抗原性，直接注入会引起人体的过敏反应。
所以人们希望能够通过各种人工方法改造酶，使其更能适应各方面的需要。
1.酶分子改造的方法1.1酶分子修饰酶分子修饰[1]（Modification of Enzyme Molecule）即通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变，从而改变酶的某些特性和功能的过程。
酶分子修饰在提高酶的活力、增强酶的稳定性、降低或消除酶的抗原性、研究各种物理因素对酶分子空间构象的影响，进一步探讨酶分子的结构与功能之间的关系等方面具有重要意义。
1.1.1酶分子的主链修饰酶分子的主链修饰[2]就是利用酶分子主链（肽链或核苷酸链）的切断和连接，使酶分子的化学结构及其空间结发生某些改变，从而改变酶的特性和功能的方法。
1.1.1.2主链的切断修饰[3]主链断裂后，引起酶活性中心的破坏，酶的催化功能丧失（用于探测酶活性中心的位置）。
酶活性中心的空间构象维持不变，酶的催化功能也可以保持不变或损失不多，但是抗原性有发生改变。
生物元件的设计与构筑技术研究
生物元件的设计与构筑技术研究生物元件是指在生命体中发挥一定功能的结构单元，如酶、细胞器、DNA等，是生命科学和生物工程学领域中研究的重要课题之一。
生物元件的研究可以帮助我们更深入地了解生命现象，也可以为生物技术、医学和环境保护等领域的应用提供基础和技术支持。
本文将介绍一些生物元件的设计与构筑技术研究。
1.酶的设计与构筑酶是生物催化剂，可在温和条件下促进化学反应的进行，从而实现生物体内的代谢和生长。
酶的设计与构筑是研究生物催化剂基础和应用的重要领域。
目前，针对不同类型的酶，已经发展出了一系列的设计和构筑方法。
例如，通过分子动力学模拟和结构计算等手段，研究人员能够对酶的结构和性质进行预测和设计。
利用这些预测结果，可以通过蛋白工程技术，构建全新的酶分子，或针对已知酶分子进行改造和优化。
此外，利用合成生物学方法，还可以设计并构筑出新型的酶反应途径、酶反应网络等，实现更高效的生物催化作用。
2.基因合成和组装技术基因合成和组装是指通过化学合成、PCR扩增等手段，构建出符合预期功能的DNA序列，并对其进行组装、操作和表达的过程。
该技术的研究和应用，为基因工程和合成生物学领域提供了坚实的基础和支持。
随着化学、计算和测序技术的不断进步，基因合成和组装技术已经取得了重要的进展。
例如，可以通过机器学习算法，预测基因合成和组装的成功率和成本；利用CRISPR和Cas9等工具，实现基因编辑和替换等高效操作；同时，结合高通量测序等技术，可以对基因操作的结果及其对细胞和整体代谢产生的影响进行深入分析和了解。
3.细胞器架构的设计与构筑细胞器是细胞内部的一系列复杂结构，包括线粒体、内质网、高尔基体等，具有重要的代谢和物质转运功能。
细胞器的设计与构筑技术，是研究细胞和生物代谢的重要手段之一。
近年来，研究人员通过多种方法，如蛋白体外表达、基因编辑、脂质体包裹等，成功地构筑出了一些功能不同、结构多样的细胞器。
其中，一些特别重要的细胞器如线粒体和叶绿体等，已成为合成生物学、生物能源和环境治理等领域的关键研究对象。
酶工程改造提升淀粉酶活性策略
酶工程改造提升淀粉酶活性策略酶工程改造提升淀粉酶活性策略一、淀粉酶概述淀粉酶是一类能够水解淀粉分子中糖苷键的酶的总称。
它在众多生物过程和工业应用中都发挥着至关重要的作用。
1.1 淀粉酶的分类根据作用方式和产物的不同，淀粉酶可分为多种类型。
其中，α-淀粉酶能够随机地水解淀粉分子内部的α-1,4-糖苷键，将淀粉分解为糊精和低聚糖；β-淀粉酶则从淀粉分子的非还原端开始，依次水解α-1,4-糖苷键，生成麦芽糖；糖化酶（葡萄糖淀粉酶）可以从淀粉分子的非还原端逐个水解α-1,4-糖苷键和α-1,6-糖苷键，最终将淀粉转化为葡萄糖。
此外，还有一些其他类型的淀粉酶，如异淀粉酶、普鲁兰酶等，它们在特定的应用场景中也具有重要意义。
1.2 淀粉酶的来源淀粉酶广泛存在于自然界中，包括微生物、植物和动物。
微生物来源的淀粉酶因其易于大规模生产、酶活性高等优点而在工业中得到广泛应用。
例如，枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等细菌能够分泌大量的α-淀粉酶；黑曲霉、米曲霉等真菌则是糖化酶的重要生产菌株。
植物来源的淀粉酶如麦芽中的淀粉酶在酿造工业中有着悠久的应用历史。
动物体内也存在淀粉酶，如唾液淀粉酶和胰淀粉酶，它们在食物消化过程中发挥着关键作用。
1.3 淀粉酶的应用领域淀粉酶在食品、酿造、纺织、造纸、医药等众多行业中都有广泛应用。
在食品工业中，淀粉酶可用于面包制作、淀粉糖浆生产、啤酒酿造等过程，能够改善产品的口感、质地和发酵性能。
在纺织工业中，淀粉酶用于退浆工艺，去除织物上的淀粉浆料，具有环保、高效等优点。
在造纸工业中，淀粉酶可用于纸张的表面施胶和涂布，提高纸张的强度和印刷性能。
在医药领域，淀粉酶可作为助消化药物，用于治疗消化不良等疾病。
二、酶工程改造技术酶工程改造技术是提高淀粉酶活性的重要手段，它主要包括理性设计和非理性设计两种策略。
2.1 理性设计理性设计是基于对酶的结构和功能的深入理解，通过定点突变等技术有目的地改变酶的氨基酸序列，从而提高其活性。
大肠杆菌碱性磷酸酶分子改造 高效表达研究及应用
一、碱性磷酸酶的特性
3、底物特异性：碱性磷酸酶具有多种底物特异性，可根据底物的不同分为不 同的亚型。例如，肠型碱性磷酸酶（intestinal alkaline phosphatase，IAP） 主要催化小分子磷酸酯的水解，而骨型碱性磷酸酶（bone alkaline phosphatase，BAP）则主要催化磷酸基团从骨胶原等大分子中释放。
背景
背景
大肠杆菌碱性磷酸酶是一种丝氨酸磷酸酶，能够催化磷酸基团的裂解，具有 广泛的底物特异性。然而，天然的大肠杆菌碱性磷酸酶在某些应用场景下可能存 在一定的局限性，例如催化效率不高、稳定性欠佳等。因此，针对大肠杆菌碱性 磷酸酶的分子改造和高效表达研究具有重要的实际意义。
目的
目的
本次演示的研究目的是通过对大肠杆菌碱性磷酸酶进行分子改造，提高其催 化效率和稳定性，并探究高效表达的策略。具体研究问题包括：1）如何对大肠 杆菌碱性磷酸酶进行分子改造？2）这些改造对酶的催化效率和稳定性有何影响？ 3）如何实现大肠杆菌碱性磷酸酶的高效表达？
二、碱性磷酸酶的应用
二、碱性磷酸酶的应用
1、生物分析：由于碱性磷酸酶具有优良的底物特异性，因此在生物分析领域 有着广泛的应用。例如，可以利用AP的底物特异性来检测特定分子或信号通路的 活性，从而为研究生物过程提供有用的信息。
二、碱性磷酸酶的应用
2、生物工程：在生物工程领域，碱性磷酸酶被广泛应用于基因工程和蛋白质 工程中。例如，可以利用AP的活性位点来设计新型的催化剂和药物分子。此外， AP还可以作为基因治疗和疫苗佐剂中的关键成分，用于调节免疫反应。
内容摘要
对于昆虫碱性磷酸酶的研究，主要集中在不同种类昆虫中碱性磷酸酶的分类、 基因结构、表达调控等方面。根据目前的研究成果，昆虫碱性磷酸酶可以分为多 个亚家族，每个亚家族具有不同的基因结构和表达调控特征。例如，在蝗虫中发 现了两种碱性磷酸酶，分别命名为APL1和APL2，它们在基因结构上存在明显的差 异，同时在表达调控上也表现出不同的特征。
现代生物化工中酶工程技术研究与应用
现代生物化工中酶工程技术研究与应用【摘要】现代生物化工中酶工程技术是一门重要的研究领域，具有广泛的应用前景。
本文首先介绍了酶工程技术的背景和研究意义，阐明了其在现代生物化工中的重要性。
然后详细介绍了酶的优势和特点，以及酶工程技术的研究现状。
接着探讨了酶工程技术在现代生物化工中的应用，包括酶在医药、食品、能源等领域的作用。
展望了酶工程技术的未来发展方向，指出其在生物化工领域的广阔应用前景。
现代生物化工中酶工程技术不仅具有重要意义，而且有着巨大的发展潜力，为推动生物化工领域的进步和创新提供了新的可能性。
【关键词】酶工程技术、现代生物化工、研究、应用、优势、特点、研究现状、未来发展、重要性、应用前景、总结、展望1. 引言1.1 背景介绍酶工程技术的发展起源于上世纪70年代，随着基因工程技术的不断进步，人们可以通过改造酶的基因序列来提高其催化活性和稳定性。
通过对酶的结构和功能进行深入研究，人们可以设计出更具有特定功能的酶，满足不同工业生产的需求。
在生物医药、农业、食品加工等领域，酶工程技术已经得到广泛应用。
某些药物的合成可以通过酶催化来实现，不仅提高了合成效率，还降低了原料和能源消耗。
酶在食品加工中也发挥着重要作用，如面包的发酵、酒的酿造等。
随着生物技术的不断创新和进步，酶工程技术将继续发挥重要作用，在现代生物化工领域中展现出巨大的潜力和应用前景。
1.2 研究意义现代生物化工中酶工程技术研究的意义主要表现在以下几个方面：1. 提高生产效率：利用酶工程技术可以设计出高效、特异性强的酶，能够加速生物反应速度，降低生产成本，提高生产效率。
在很多生物化工过程中，酶催化反应具有高效、温和、选择性好等优点，能够大幅度提高产品的产量和质量。
2. 减少环境污染：相比传统化学工艺，酶工程技术可以在较低温度、常压下进行生产，减少了对环境的污染。
而且酶反应一般是以水为溶剂，减少了有机溶剂使用和废弃物排放。
3. 拓展产品范围：通过酶工程技术，可以生产更多种类的化合物，拓展了产品的范围。
微生物酶分子改造研究进展
近年来，科研人员通过基因工程、蛋白质工程等手段对酶分子进行改造，以 提高其稳定性。以下是这方面的一些研究进展。
1、定点突变技术：通过定点突变技术，可以在酶分子中引入或替换特定的 氨基酸残基，以改变酶的稳定性。例如，将谷氨酸残基定点突变为赖氨酸，可以 提高酶在高温条件下的稳定性。
2、融合技术：将酶分子与其它蛋白质或蛋白质片段进行融合，可以改变酶 的稳定性。例如，将抑酶蛋白与目标酶进行融合，可以显著提高酶的热稳定性。
3、蛋白质工程：蛋白质工程可以利用计算机辅助设计，对酶分子进行全局 或局部的改造。通过优化酶分子的三维结构，可以显著提高酶的稳定性。
4、噬菌体展示技术：噬菌体展示技术可以利用噬菌体为载体，将目标酶分 子与噬菌体蛋白融合表达。通过选择合适的配体，可以得到高稳定性的突变体酶。
5、结构生物学指导：结构生物学可以揭示酶分子稳定性的结构基础。通过 对稳定性和不稳定性的氨基酸残基进行鉴定，可以指导改造过程，提高酶的稳定 性。
研究方法
分子酶工程的研究方法主要包括实验设计、基因克隆、定点突变、蛋白质表 达与纯化、活性检测等多个环节。首先，研究者需要根据具体需求设计实验方案， 确定需要改造的酶基因序列和蛋白质结构。接着，通过基因克隆技术将目的基因 导入表达载体中，实现目的基因的高效表达。
研究结果
近年来，分子酶工程的研究成果显著，主要表现在以下几个方面：
微生物酶分子改造研究进展
基本内容
微生物酶是一种具有高度特异性和催化效能的生物分子，在许多工业和生物 技术应用中具有重要作用。由于微生物酶的特性和功能往往取决于其蛋白质分子 的结构，因此，对微生物酶分子的改造和优化成为一个重要的研究领域。这种优 化可以通过定向进化、理性设计或组合方法来实现，以改进酶的活性、稳定性或 选择性。
酶改造的详细流程
酶改造的详细流程酶改造是一种利用基因工程技术对酶的性质进行改良的方法,可以提高酶的活性、专一性、稳定性和适应性。
酶改造的主要流程如下:1. 选择目标酶根据实际需求,选择需要改造的酶。
通常会选择活性较低、专一性差、稳定性差或者适应性差的酶进行改造。
2. 获取目标酶基因序列通过数据库查询或基因克隆的方法获得目标酶的基因序列。
3. 设计突变位点利用生物信息学方法对酶的三维结构进行分析,预测可能影响酶性质的氨基酸位点,并设计相应的突变。
4. 引入突变采用位点突变、基因重组或随机突变的方法在酶的基因上引入设计好的突变。
常用的方法有错误密码子突变(site-directed mutagenesis)、DNA重组等。
5. 构建重组表达载体将带有突变的基因克隆到合适的表达载体中。
6. 转化表达细胞将重组表达载体转入适当的表达宿主细胞(如大肠杆菌、酵母等)中。
7. 表达和纯化突变酶蛋白诱导宿主细胞表达突变蛋白,并对表达产物进行纯化。
8. 性质分析与筛选对纯化后的突变酶进行生化性质分析,包括活性、专一性、稳定性和适应性等,并与野生型酶进行对比。
筛选出性质改善的突变酶。
9. 酶性质进一步优化对筛选出的优良突变酶进行进一步的结构分析和改造,以期得到更好的酶性质。
10. 应用评估对优化后的突变酶进行评估,检测其在实际应用中的表现。
如果结果令人满意,就可以投入使用。
酶改造通常需要进行多轮改造和筛选,并结合计算机辅助分子设计等生物信息学工具,才能获得最终理想的突变酶。
该过程费时费力,但对提高酶的实用价值具有重要意义。
第四章__酶工程原理及其在食品工业中的应用详解
（2）离子吸附法。通过离子效应，将酶分子固定到 含有离子交换基团的固相载体上。 常见的载体：DEAE-纤维素、 DEAE-葡聚糖凝胶、 CM-纤维素、DOWEX-50等。 优点：操作简单，处理条件温和，能得到酶活回收 率较高的固定化酶。 缺点：酶与载体的结合力较弱，当离子强度高、缓 冲液种类或pH值发生变化时，酶容易脱落。
酶工程一般工艺流程示意图
胞外酶
胞内酶 菌种→基因改造→发酵→发酵酶液→预处理→细胞分离→细 胞破壁→碎片分离→提取→精制→酶制剂及其改造 酶制剂 ↓ 原料→前处理→杀菌→酶反应器→反应液→产品提取→成品
（二）酶工程的发展历程 1.20世纪50～60年代早期的酶工程技术，主要是从 动物、植物和微生物原料中提取、分离、纯化制造各种 酶制剂，并将其应用于化工、食品和医药等工业领域。 2.20世纪70年代后期，酶的固定化技术取得了突破， 使固定化酶、固定化细胞、生物反应器与生物传感器等 酶工程技术迅速获得应用。 3.目前，各种酶工程技术已用于制造多种精细化工 产品和医药产品，并且在食品工业、化学检测和环境保 护等各个领域中得到了有效的应用。
（二）非机械破碎法 1.酶溶法 加酶法:常用的有溶菌酶、蛋白酶、糖苷酶等，它们 对细胞壁或细胞膜进行酶解，使细胞破碎。 自溶法：在微生物生长代谢过程中，控制一定条件， 诱发微生物产生少量的溶胞酶或激发自身溶胞酶的活力， 以达到细胞自溶的目的。 2.化学渗透法 用有机溶剂、变性剂、表面活性剂、抗生素或金属 螯合物等处理，使细胞壁或膜的通透性（渗透性）改变， 从而使胞内物质有选择地渗透出来。
（三）根据酶分子电荷性质的方法 1.离子交换层析 根据被分离物质与分离介质（离子交换剂）间异种电 荷的静电引力的不同来进行物质分离的。不同离子交换剂 上的可解离基团对各种离子的亲和力不同，而使不同物质 分离。 离子交换剂根据活性基团的性质分为阳离子交换剂和 阴离子交换剂。酶具有两性性质，可用阳离子交换剂，也 可用阴离子交换剂进行酶的分离纯化。
现代酶工程技术的应用与发展
现代酶工程技术的应用与发展现代酶工程技术是利用基因工程与生物工程的手段，对酶进行改造和优化，以提高其催化性能和稳定性。
这项技术已经在许多领域得到广泛应用，并且正在不断发展和创新。
以下是现代酶工程技术的一些应用与发展：1. 医药工业：酶工程技术可应用于制药过程中的催化反应，包括合成活性药物、生产抗生素和蛋白质药物，以及制备药物中间体等。
通过改造酶的催化活性和特异性，可以提高药物合成的效率和纯度，并减少副产物的生成。
2. 食品工业：酶工程技术可应用于食品加工中的酶解、发酵和调味等过程，例如制作酶解食品、面团添加剂和酿造食品等。
通过改造酶的催化性能和稳定性，可以提高食品加工的效率和质量，并增加产品的附加值。
3. 生物能源产业：酶工程技术可应用于生物质转化和生物燃料生产过程，例如提取可再生能源、生物乙醇和生物柴油等。
通过改造酶的底物特异性和反应温度范围，可以提高生物能源转化的效率和可持续性。
4. 环境保护：酶工程技术可应用于水处理、废弃物处理和土壤修复等环境工程领域。
通过改造酶的催化剂和降解特性，可以减少有机污染物和重金属离子等环境污染物的排放，从而实现环境保护和可持续发展。
目前，现代酶工程技术正朝着以下方向发展：1. 高效催化剂的设计和优化：通过分子模拟和结构改造等手段，探索更高效的酶催化反应机制，并优化酶的结构和活性位点，以提高催化效率和底物转化率。
2. 多功能酶的构建和应用：通过基因融合和蛋白工程等手段，将不同酶的催化活性和特异性整合到一起，构建具有多功能性的酶，并应用于复杂反应体系和细胞环境中。
3. 精准调控酶的表达和分泌：通过基因调控和信号传导等机制，实现对酶的高效表达和分泌，以提高酶的产量和纯度，并降低生产成本。
4. 纳米酶的设计和制备：通过纳米材料与酶的相互作用，实现酶的定向固定和增强其在特定反应中的稳定性和活性，以扩展酶工程技术在纳米材料制备和催化领域的应用。
总的来说，现代酶工程技术的应用和发展，有助于提高化学合成、生物转化和环境保护等行业中酶的效率和可持续性，为人类的生产和生活带来更多价值和福祉。
酶学和合成生物学工程新技术和新应用
酶学和合成生物学工程新技术和新应用酶学和合成生物学工程是现代生物技术中最具前景和应用潜力的方向之一，它将分子生物学、基因工程和化学工程等学科融合在一起，发挥其协同效应，通过合成和改造代谢通路、酵素和微生物等方面的研究，开发出新的技术和方法，为人类健康医疗、新能源开发、环境保护和食品工业等领域做出了巨大贡献。
一、酶学的新技术和应用(1) 酶突变技术酶突变技术是一种基于基因工程、蛋白工程和分子进化原理的酶学改造方法，它通过人为干预酶的氨基酸序列，改变酶的基本结构和性质，使其适应新环境和优化催化能力。
这种技术已被广泛应用于制药、食品加工、化学合成和环境保护等领域。
例如，通过对β-半乳糖苷酶的氨基酸序列进行改造，使其具有更高的耐热性和催化效率，可以大大提高乳制品生产的效率和质量。
(2) 酶体系的一体化酶体系的一体化是指将多种酶催化反应耦合在一起，形成一个整体的催化系统，从而提高反应效率和产物纯度。
这种技术已被广泛应用于差向合成、不对称合成和芳香族化合物合成等领域。
例如，通过将质子转移酶、氧化酶和还原酶三种酶催化反应整合在一起，制备差向异构体可以达到98%以上的产率和99%以上的环境优化率。
(3) 酶免疫传感技术酶免疫传感技术是一种基于酶学和生物传感原理的分析方法，它利用可溶性天然酶或改造酶结合抗体与抗原发生特异性反应，产生信号放大等反应，从而实现对分子生物学标的物的定量和检测。
这种技术已被广泛应用于医疗诊断、环境污染、食品安全检测和药物筛选等领域。
例如，通过利用酶免疫传感技术对心肌梗死的标志物肌钙蛋白Ic进行检测，可以早期发现冠心病的病灶，提高治疗效果和质量。
二、合成生物学工程的新技术和应用(1) 合成基因组技术合成基因组技术是一种将特定基因序列组装成一个完整基因组的方法，从而实现人为设计合成生物系统的目的。
这种技术已被广泛应用于新型药物研发、环境修复、新能源开发和催化剂合成等领域。
例如，通过设计和合成光合作用微生物的合成基因组，可以重建光合能转化的自养绿色生物系统，为生命科学、能源科技和植物育种等领域带来了巨大创新和革命性变革。
酶的改造工程
• 在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用于工业生产， 绝大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶虽然在自然状态下 有活性，但在工业生产中没有活性或活性很低。这是因为工业 生产中每一步的反应体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在， 反应温度较高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失活。提 高蛋白质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课题。一般来 说，提高蛋白质的稳定性包括：延长酶的半衰期，提高酶的热 稳定性，延长药用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引 起的活性丧失等。
1. 研究酶的结构与功能的关系。 2. 改变天然酶的某些性质，扩大酶的应用范围。
1）提高酶活力。 2）增强酶的稳定性（热稳定性、体内半衰期）。 3）消除抗原性。 4）产生新的催化能力。
第三节 酶化学修饰的原理
一、如何维持酶的天然构象
修饰剂与酶形成多点交联，使酶的天然构象产生 “刚性”结构。
二、如何保护酶活性部位
由必需基团构成的与酶催化活性有关的 特定区域.
非必需基团
酶
非活性中心
分
子
活性中心外
必需基团
必需基团
结合基团 活
活性中心
性
必需基团
中
催化基团 心
Active site Binding site: determine the specificity of enzyme.
Catalytic site: determine the catalytic ability of enzyme.
蛋白质工程(protein engineering)： 通过改造与蛋白质相应的基因中 的碱基顺序，或设计合成新的基 因，将它克隆至受体细胞中，通 过基因表达而获得具有新的特性 的蛋白质技术。
现代生物化工中酶工程技术研究与应用
现代生物化工中酶工程技术研究与应用一、酶的基本原理二、酶工程技术的研究进展酶工程技术是将现代生物技术手段应用于酶的研究与改造上，旨在设计、改造和优化酶的结构和功能，以适应特定的工业需求。
随着生物技术的快速发展，酶工程技术的研究进展也取得了长足的进步，主要体现在以下几个方面：1. 酶的分子设计与改造。
利用分子生物学技术和蛋白工程技术，可以对酶的结构进行设计和改造，以提高其稳定性、活性和特异性。
通过点突变、蛋白工程、启动子优化等手段，可以获得更适合工业应用的酶。
2. 酶的高效表达与分离纯化。
利用重组工程技术，可以在大肠杆菌、酵母等表达宿主中高效表达目的酶，同时利用各种色谱技术和纯化策略进行酶的快速纯化，从而满足工业生产的需要。
3. 酶的固定化技术。
利用固定化技术将酶固定在载体材料上，增强其稳定性和重复利用性。
固定化技术在酶的催化活性、热稳定性和耐受性等方面具有重要的应用价值。
4. 酶的代谢工程与信号通路调控。
通过代谢工程技术和信号通路调控，可以提高酶的产量和稳定性，同时优化细胞代谢通路，提高底物转化效率和产品产量。
以上这些酶工程技术的进展，为酶在生物化工中的应用提供了坚实的技术支持，也为生物化工的发展带来了新的机遇和挑战。
三、酶工程技术在生物化工中的应用酶工程技术的不断进步，为酶在生物化工中的应用提供了更多的可能性。
当前，酶在生物化工中的应用已经涵盖了生物医药、食品、制药、环保等多个领域，为这些领域的发展提供了更多的选择和机会。
1. 生物医药领域。
酶在生物医药领域中广泛应用，如生产生物药物的关键酶、临床诊断的生物酶等。
随着基因工程、蛋白质工程等技术的不断发展，越来越多的新型酶和酶制剂被应用于临床治疗和诊断中。
2. 食品领域。
酶在食品加工领域中也扮演着重要的角色，如面包、酒、奶制品等工业生产中，酶常被用作酶制剂来改善生产工艺、提高产品品质。
3. 制药领域。
酶在制药领域也有重要的应用价值，如利用酶进行新药的发现、药物合成、代谢产物的合成等方面，都有着广阔的应用前景。
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图 1 overlap extension PCR 介导定点突变
表 1 酶性质随着定点突变而改变
Table 1 Enzyme characteristic change following by
sited directed muta genesis
修饰
酶
修饰部位
原氨基酸残基新氨基酸残基
酶性质的改变
酪氨酰 TRNA 合成酶 51
( 2) STEP ( staggered extension process) 重 组[ 12] 。 STEP 重组是一种简化的 DNA shuffling 方法。它不 是由短片段组装全长基因, 而是在 PCR 反应中, 将 含不同点突变的模板混合, 随之进行多轮变性、短 暂复性及延伸反应, 在每一轮中, 那些部分延伸的 片段可以随机地杂交到含不同突变的模板上继续 延伸, 由于模板转换而实现不同模板间的重组, 如 此重复直至获得全长基因片段。
第 24 卷第 8 期
中 国生 物 工 程 杂 志
CHINA BIOTECHNOLOGY
2004 年 8 月
酶的分子设计、改造与工程应用
朱俊晨1, 2*
( 1 深圳职业技术学院生物工程系 深圳 518055
王小菁2
2 华南师范大学生命科学院 广州 510641)
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。对酶工程学若 干 热点 和前沿课题的研究、应用进行了概述, 分析了国际上酶工程研究及应用技术、手段、方 法, 包括体外分子进化、核酶和抗体酶的设计、酶分子的定向固定化技术、酶蛋白分子的化学修 饰、融合酶、人工合成及模拟酶等技术, 并展望了酶工程的技术进步和应用的新进展。 关键词 酶工程 蛋白质工程 分子设计
2 核酶和抗体酶的设计
3 酶分子的定向固定化技术
2 1 核酶的设计 不但 RNA 分子具有催化功能, 包括近年发现
的某些 DNA 分子也具有催化功能, 将其统称为核 酶 ( ribozyme) , 进一步的研究发现核酶的一种多功 能的生物催化剂, 不仅可以作用于 RNA 和 DNA, 而 且还可以作用于多糖、氨基酸酯等底物, 核酶还可 以同时具用信使编码功能和催化功能, 实现遗传信 息的复制、转录和翻译, 是生命化过程中最简单、最 经济、最原始的、催化核酸自身复制和加工的方式。 可以根据核酶核酸序列的高度特异性, 通过生化或 基因技术人工设计合成催化其自我切割和断裂的 核酸组成 , 根据病毒基因的全部序列, 设计并合成 出防治有这些病毒引起的人、畜和植物病毒病的核 酶, 如能够 防治流感、肝炎、艾滋 病和烟草 花叶病 等, 核酶也可以用来治疗某些遗传病和癌病, 还可 以用作研究核酸图谱和基因表达的工具[15] 。 2 2 抗体酶的设计
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。随着对其不断深入的认识和社会发展的实际 需求, 酶的应用范围已遍及食品工业、农业、医药卫 生行业、环 保、能源开 发和生命科 学等各个 方面。 但在粗放的工业条件下, 例如高温、高压、重金属离 子、氧化剂、极端 pH 等, 天然酶常常会遭 到破坏, 从而使酶的生产和使用受到极大限制。目前工业 上直接利用酶 制剂时还存在 一些缺点, 如稳定性 差、使用效率低, 不能在有机溶剂中使用, 寿命不长 等, 造成了使用酶的成本升高。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, 本文根据国际酶工程研究和国内外酶工程产 业的现状、发展趋势, 结合现今国际上相关的工作 进展, 从酶分子设计改造、人工合成与工程应用的 角度, 进行分析、总结、展望, 旨在为酶工程的研究 及应用提供一些技术思路、模式和策略。
库中筛选出来一组突变基因人为进化, 还可以将具 有结构同源性的几种基因进行体外重组, 共同进化 出一种 新的蛋白质。DNA shuffling 的基本 过程如变和中性突变, 同 时也可实 现目的蛋 白质多种 特性的共 进化[ 7~ 11] 。
第8 期
朱 俊晨 等: 酶的分子设计、改造与工程应用
33
同时, 由于已有的结构与功能相互关系的信息远远 不能满足当今人们对蛋白质新功能的要求, 因此目 前采用体外分子定向进化的方法来改造酶蛋白的 研究越来越多, 并已在短短几年内取得了令人瞩目 的成就。
了一个赋 予宿主 细胞 对头 孢霉 素抗性 性能 提高 16 000倍的突变体。近年来, 在 DNA shuffling 的基 础上又延伸出了以下新技术:
固定化酶因 其优越 性而在药 物生产、临床诊
断、发酵及食品工程、分析生物技术等领域应用十 分广泛。但是, 在大多数情况下, 酶固定化以后由 于酶蛋白通过几种氨基酸残基在固定化载体上的 附着( attachment) 造成活性部分或全部失去, 引起了 固定 化 酶 蛋 白 无 序 的 定 向 和 结 构 变 形 的 增 加
( 1) Family shuffling 当 DNA shuffling 用来重组一 系列进化上相关的基因时, 就称为 Family shuffling。 一个突出的例子是, 当将 4 种头孢菌素酶基因进行 Family shuffling 时, 酶活最高可增加 540 倍, 而单基 因 shuffling 只增加 8 倍。
( 图 3a) 。现在的新技 术已经寻找到几 条不同的途 径应用于酶蛋白的固定化, 使酶蛋白能够以有序方 式附着在载体的表面, 实现酶的定向固定化而使酶 活性的损失降低到最小 程度( 图 3b) , 涉及的定向 固定化方法有如下几种: ( 1) 借助化学方法的位点 专一性 固定化; ( 2) 磷蛋 白的位点专一 性固定化; ( 3) 糖蛋白的位点专一性固定化; ( 4) 抗体( 免疫球 蛋白) 的位点专一固定化。
模拟酶相比, 抗体酶已经用于酶作用机理的研究, 手性药物的合成和拆分, 抗癌药物的制备。目前人 们正致力于进一步提高抗体酶的催化效率, 期望在 深入了解酶的作用机理, 以及抗体和酶的结构和功 能的基础上, 能够真正按照人们的意愿, 构建出具 有特定催化活性和专一性的、催化效率高的、能满 足各种用途需要的抗体酶。
定点突变技术可以随心所欲地在已知 DNA 序 列中取代、插入或缺失一定长度的核苷酸片段。该 方法与使用化学因素、自然因素导致突变的方法相 比, 具有 突变 率高、简单 易行、重 复性 好的 特点。 图 1为 overlap extension PCR 介导定点突变的基本过 程, 其中 C 和 D 是相互匹配、并含有特定突变点的 一对引物。利用定点突变技术对天然酶蛋白的催 化性质、底物特异性和热稳定性等进行改造已有很 多成功的实例[ 2~ 6] , 酶性质随着经定点突变而改变 如表 1 所示 , 然而, 定点突变技术只能对天然酶蛋 白中少数的氨基酸残基进行替换, 酶蛋白的高级结 构基本维持不变, 因而对酶功能的改造较为有限。
内酰胺酶 二氢叶酸还原酶
51 70~ 71 70~ 71
27
苏!丙
苏!脯 丝, 苏 ! 苏, 丝 苏, 丝 ! 丝, 丝
天冬 ! 天胺
对底物 ATP 的新合力 提高 100 倍
完全失活
恢复活性 活性降低为正 常酶的 0 1%
1 2 DNA shuffling DNA shuffling 方法 不仅可以对从随 机突变文
( 4 ) 临 时 模 板 随 机 嵌 合 生 长 ( random chimeragenesis on transient templates, RACHITT ) [ 14] 。
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中 国生 物 工 程 杂 志
第 24 卷
RACHITT 技术是与 DNA shuffling 概念上明显不同 的、改进的基因家族改组技术。它不包括热循环、 链转移或交错延伸反应, 而是将随机切割的基因片 段杂交到一个临时 DNA 模板上进行排序、修剪、空 隙填补和连接的过程。其中的悬垂切割步骤可使 比 DNase 消化片段更短的短片段得以重组, 明显提 高重组的频率和密度。
此外, 融合蛋白技术的发展也为酶固定空间取 向的控制提供了 新的方法。FMN: NAD( P ) H 氧化 还原酶( FMN: NAD( P) H oxidoreductase) 和荧光素酶 ( luciferase) 是 催 化细 菌生 物 发 光的 两 种 酶。Min 等[ 16] 将生物素 羧化载体蛋白 ( biotin carboxy carrier protein, BCCP) 分别 融合 在荧 光素 酶 和 FMN: NAD ( P) H 氧化还原酶的 N 末端, 通过生物素( biotin) 和 亲和素 ( avidin) 的相互作用, 将这两个体内生物素 化的融合蛋白定向固定在亲和素包被的琼脂糖颗