酶改性技术研究

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1、万方数据第35卷第10期2007年10月华南理工大学学报(自然科学版)JournalofSouthChinaUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)V01．35No10October2007酶改性技术研究文章缠号：t000·fi65X(2007)10—0143一04郭勇(华南理工大学生物科学与工程学院，广东广州510640)摘要：酶具有催化效率高、催化专一性强等显著特点，然而，酶的活力和稳定性往往不能满足应用的要求．为了改进酶的催化特性，笔者及其所在课题组20多年来长期进行酶分子修饰、酶固定化、酶非水相催化、酶定向

2、进化等酶改性技术的研究，发现通过酶的改性，可以显著改进酶活力和稳定性．文中对笔者及其所在课题纽在酶改性技术方面的研究成果和进展作了介绍．关键词：酶改性；酶分子修饰；酶固定化；酶非水相催化；酶定向进化中图分类号：Q814文献标识码：A随着工业生物技术和酶工程的不断发展，酶的应用越来越普遍，酶作为生物催化剂具有催化效率高、催化专一性强、作用条件温和等显著特点，但是在酶的应用中，也发现酶存在活力不够高、稳定性较差等弱点，未能满足应用的要求．为了改进酶的催化特性，国内外许多科技工作者进行了一系列研究，取得了显著的成果．2005年9月高等教育出版社出版的国家生物技术与生物工

3、程专业教学指导委员会规划教材《酶工程原理与技术》一书中，笔者首次提出酶改性的概念，酶改性是通过各种方法使酶的催化特性得以改进的技术过程⋯，酶改性技术主要包括酶分子修饰技术、酶固定化技术、酶非水相催化技术和酶定向进化技术等．这里仅对笔者等人二十多年来在酶改性技术方面的研究成果和进展作简单的介绍，以期为酶改性技术的研究和应用的进一步发展提供借鉴．1酶分子修饰研究酶分子完整的空间结构赋予酶各种催化特性，酶分子空间结构的改变将引起酶催化特性的改变．通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变，收稿日期：2007．03—01作者简介：郭勇(1942-)，男，教授．博士生导师，主要

4、从事生物工程、生物化学与分子生物学研究．E—mail：feyguo@虻uLedu．cn从而改变酶的某些特性和功能的技术过程称为酶分子修饰”‘23．酶分子修饰是根据酶分子的结构特点和催化特性，通过合理设计对酶进行改造，获得具有新的催化特性的酶．研究结果表明，通过酶分子修饰．可以提高酶活力，增加酶的稳定性，改变酶的底物专一性，消除或降低酶的抗原性等．故此，酶分子修饰技术已经成为酶工程中具有重要意义和应用价值的研究、开发领域．尤其是20世纪80年代中期发展起来的蛋白质工程，已把酶分子修饰与基因工程技术结合在一起，通过基因定位突变技术，可以对组成酶分子的氨基酸或核苷酸进行

5、置换修饰，并把酶分子修饰后的信息存于DNA之中，经过基因克隆和表达，就可以通过生物合成的方法不断获得具有新的特性和功能的酶，使酶工程展现出更广阔的前景．笔者等人针对某些酶在应用方面存在的某些不足进行了酶分子修饰的研究，取得了显著效果”⋯，例如，采用右旋糖酐修饰木瓜蛋白酶，使该酶的稳定性大大增强；采用单甲氧基聚乙二醇(MPEG。)修饰木瓜凝乳蛋白酶，使酶的抗原性显著降低，延长了酶的半衰期，增强了酶的pH稳定性和热稳定性；利用基因定位突变技术对豆豉纤溶酶进行氨基酸置换修饰，使酶活力显著提高等．2酶固定化研究酶固定化是通过各种方法将酶固定在载体上，制备得到在一定的空间范

6、围内进行催化活动的固定万方数据华南理工大学学报(自然科学版)第35卷化酶的技术过程．针对游离酶稳定性较差，只能一次使用等缺点，笔者等人从，0世纪80年代年开始对固定化载体、固定化方法、固定条件等固定化技术进行了系统研究”1．例如，采月j聚丙酰胺为载体制备得到固定化L谷氨酸脱羧酶⋯，该固定化酶可以用于L．谷氨酸的含量柃测和1一氨基丁酸的生产；采用琼脂糖凝胶制备固定化多核苷酸聚合酶(PNP)”1，用于聚肌胞生产等．研究结果表明，酶经过固定化以后，可以显著提高酶活力，增强酶的稳定性，并且可以连续使用一段较长的时间，提高了酶的利用价值．在固定化酶研究的基础E，笔者等人在国

7、内率先开展固定化细胞生产a-淀粉酶、糖化酶、果胶酶等胞外酶的研究”。“，并获得国家自然科学基金项目的资助，到美国爱达荷大学(UniversityofIdaho)进行合作研究，取得可喜成果，利用固定化枯草杆菌细胞生产a一淀粉酶，可以连续生产30天，并根据固定化细胞生长和产酶曲线(如图1所示)推导得到下列固定化细胞连续生产胞外酶的动力学方程并估算出动力学参数：idE=(np+卢)盖式中：盖为细胞浓度，以每升发酵液所吉的干细胞克数计，∥L班为细胞比生长速率，l／h；et为生长偶联的比产酶系数，以每克干细胞产酶的单位数计，U／g；口为非生长偶联的产酶速率，以每小时每克干细

8、胞产酶的单