分子酶工程学研究进展51177.pdfVIP

维普资讯 18 卷 4期 生 物 工 程 学 报 Vo1．18 No．4 2002年 7月 ChineseJo“ ofBiotechnoo／gy July 2002 分子酶工程学研究进展 周亚凤 张先恩 AnthonyE．G．Cass (中国科学院武汉病毒研 究所 ，武汉 430071) (BiochemistryDepartment，ImperialCoUegeofScience，Technology＆Medicine，London，SW72AY，UK) 摘 要 酶工程 的研究已经发展到分子水平 ，通过基 因操作 ，已实现 了许多酶的克隆和表达。定点突变成为研究 酶结构与功能的常规手段 ，并被广泛用于改善酶 的性能。体外分子进化方法则大幅提高了酶分子 的进化效率 ，并 有可能发展新功能酶 。融合蛋 白技术的发展使构建新型多功能融合酶成为可能 。这里对分子酶工程学 的研 究与 发展情况进行 了综述 。 关键词 分子酶工程 ，基 因工程 ，定点突变 ，体外分子定 向进化 ，融合酶 中图分类号 TQ93l 文献标识码 c 文章编号 1000—3061(goo2)o4—0401．06 酶 ，，由于其特异和高效的催化作用 ，在生命活动 中扮演 丹麦 Novozymes公司生产 的酶制剂 80％为基 因工程产品 。 重要 的角色 。其 中，尤其是源于微生物 的酶 。很早就被广泛 反之 ，也可通过转基因手段将微生物 的酶基 因或酶的抑制剂 开发服务于人类 的各种需求 ，如酿造 、酶法转化、疾病诊断与 基 因转入动植物细胞 中，使之产生抗病菌 、抗虫等能力 。总 治疗 、药物生产 、环境污染物去除，等等 。然而 ，天然酶常常 之 ，酶异源表达 的应用范围非常广泛 ，已遍及工业 、医药、农 十分 昂贵 ，且大多数酶 由于非常 “娇嫩”而难 以实际应用 。近 业 、化学分析、环境保护、能源开发和生命科学研究等各个领 年来 ，结构生物学和基 因操作技术 的发展使得科学家能够对 域 。表 1列出了部分酶异源表达方面 的研究成果 。 酶分子进行有效地改造 ，甚至开始为 “目的”而设计 ，从 而导 尽管报道成功地从克 隆化基 因表达 出功能酶蛋 白的文 致 了分子酶工程学 (Molecularenzymeengineering)的发展 。概 献不断出现 ，但每一种新基 因都有不 同的表达难度。基因工 括地说 ，分子酶工程学就是采用基 因工程和蛋 白质工程 的方 程菌在培养过程 中，常易出现质粒变异和缺失现象 ，从而严 法和技术 ，研究酶基 因的克隆和表达 、酶蛋 白的结构与功能 重影响重组酶 的产率 。其原因主要是产生 了质粒 的 “分离不 的关系以及对酶进行再设计和定向加工 ，以发展性能更加优 稳定性 ”(Segregationalinstability)和 “结构不稳定性 ”(Structural 良的酶或新功能酶 。当前的研究热点可 以概括为 3个方面 ： instability)。前者可采用抗生素选择压法解决，后者则较复 一 是利用基因工程技术大量生产酶制剂 ；二是通过基因定点 杂 ，有人报道可通过控制培养条件 、调整菌体 的生长速度加 突变(Sitedirectedmutagenesis)和体外分子定 向进化 (／nvitro 以解决。基 因表达产物合成后 ，或停 留在细胞质 中，或结合 moleculradirectedevolution)对天然酶蛋 白进行改造 ；三是通过 于质膜上 ，组成细胞 内酶 ；或穿过质膜外输到细胞周质或培 基 因和基 因片段 的融合构建双功能