酶与蛋白质工程原理及概况

酶与蛋白质工程原理及概况

摘要：酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。

关键词：酶工程蛋白质工程

一、酶工程：由酶学与化学工程技术、基因工程技术、微生物学技术相结合而产生的一门新的技术科学。它从应用目的出发，研究酶的产生、酶的制备与改造、酶反应器以及酶的各方面应用。分为：化学酶工程与生物酶工程。

1、酶工程原理和基本过程：

菌种→扩大培养→发酵→发酵酶液→酶的提取→酶成品

↓

原料→前处理→杀菌→酶反应器←酶的固定化

↓

反应液→产品提取→产品

2、酶工程研究热点：新酶或已有酶的新功能的开发；根据已有底物开发新的酶反应；利用突变或定向进化技术改善生物催化剂性能；利用重组DNA技术大规模生产生物催化剂；利用有机溶剂或共溶剂开发新的反应体系；体内或体外合成的多酶体系；克服底物和产物抑制；精细化工品或医药合成技术的放大；辅因子再生；生物催化剂的修饰；生物催化剂的固定化

二、蛋白质工程：

1、定义：以蛋白质结构和功能的研究为基础，运用基因工程的方法，借助计算机信息处理技术的支持，从改变或合成基因入手，定向地改造天然蛋白质或设计全新的人工蛋白质分子，使之具有特定的结构、性质和功能，能更好地为人类服务的一种生物技术。

2、原理：天然的正常构象是蛋白质的最佳状态，它既能高效地发挥功能，又便于机体的正常调控，因而极易失活而中止作用。但在生物体外，特别是工业化的粗放生产条件下，这种可被灵敏调节的特性就表现为酶分子性质的极不稳定性，导致难以持续发挥应有的功能，成为限制其推广应用的主要原因。如温度、压力、机械力、重金属、有机溶剂、氧化剂以及极端pH值等蛋白质工程技术针对这一现状，对天然蛋白质进行改造改良或全新设计模拟，使目的蛋白质具有特殊的结构和性质，能够抵御外界的不良环境，即使在极端恶劣条件下也能继续发挥作用，因而蛋白质工程具有广阔的应用前景。主要包括：分子遗传学、蛋白质结构功能相关的理论与技术。

3、蛋白质分子设计及其新方法研究：

我国在研究和发展蛋白质分子设计及其定量方法方面，取得了一系列具有创新意义的成果：.酶与底物、药物与受体结合自由能及稳定性的计算机模拟；蛋白质及其周围溶剂的静电相互作用的计算机模拟；多肽及蛋白质的随机动力学模拟。

4、蛋白质工程的意义与展望：

作为第二代遗传工程，蛋白质工程研究为当代生物技术的产业化发展注入了新的生命力。它已经在蛋白质药物改造、酶工程、抗体工程、分子电子器件和新型医学生物材料研制中获得越来越广泛的应用。

已成功地设计并合成了以α-螺旋和β-折叠层为主体的简单蛋白质，跨出了人工构建蛋白质的第一步。同时蛋白质工程正在推动一个从预定生物功能到期望的蛋白质结构，再到编

码基因及其表达的反向生物学的发展。