酶工程的研究进程

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1、酶工程的研究进程生物工程专业陈阳指导老师彭浩摘要：简迷了酶匸程的最新研究进展.其屮包括•人工合成酶和模拟酶，核酸酶与抗体酶，非水系酶，以极端环境微生物和不可培养微生物的新酶种等。美键词：醇；酶工程：进展酶工程是研究酶的生产和应用的一门新兴学科，它的应用范围已遍及工业、农业、医药卫生行业、环保、能源开发和生命科学等各个方面。作为工业应用来说，主要目的就是利用酶的催化作用，在较为温和的条件下，如低温、低压等，就可高效地将反应物转化为产物但R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

2、在冇机溶剂屮使用，寿命不长等，造成了使用酶的成本升高。卅:界上围绕着解决这些问题开展了大量的研究本文通过查阅大量资料，对酶工程的研究发展进行简述。1人工合成酶和模拟酶［口］人工合成酶在结构上具冇两个特殊部位，一个是底物结合位点，一个是催化位点•业己发现，构建底物结合位点比较容易，而构建催化位点比较困难2个位点可以分开设计.但是已经发现，如果人工合成酶有一个反应过渡态的结合位点.则该位点常常会同时具有结合位点和催化位点的功能.人工合成酶通常也遵循Michaeiis-Menten方程.例如.高分了聚合物聚・

3、4■乙烯基毗喘■烷化物，具有糜蛋白酶的功能，含辅基或不含辅基的高分子聚合物，具冇氧化述原酶、参与光合作用的酶和各种水解酶等功能.在模拟酶方面，固氮酶的模拟最令人瞩目.人们从天然固氮酶由铁蛋白和铁钳蛋白2种成分组成得到启发，提出了多种固氮卿模型.如过渡金属（铁、钻、银等）的氮络合物，过渡金属（饥、钛等）的氮化物，石墨络合物，过渡金属的氨基酸络合物等•此外.利用铜、铁、钻等金属络合物,可以模拟过氧化氢酶等近来，国际上已发展起一种分子压印（molecularimprinting）技术，乂称为生物压印（bioi

4、mprinting）K术.该技术可以借助模板在高分子物质上形成特异的识别位点和催化位点.目前，此项技术已经获得广泛的应用.例如，模拟酶可以用于催化反应，分了压印的聚合物可用作生物传感器的识别单元等。2核酸酶和抗体酶卩句近年来，人们发现除去蛋白质具有稱的催化功能以外，RNA和DAN也具用催化功能.1982年Cech发现四膜虫的26SrNAD的询体，在没冇蛋白质存在的情况厂能够进行内含了的口我剪接，形成成熟的rRNA,证明RNA分了貝有催化功能，并将其称匀核酸酶（ridozyme,冇人译为核酶）。1995年

5、Cuenoud又发现某些DNA分子也具有催化功能.这就改变了只有蛋口质才具有催化功能的传统观念，也为先有核酸，后有蛋白质提供了进化的证据。进一步的研究发现核酸酶的一种多功能的生物催化剂，不仅可以作用于RNA和DNA,而且还可以作用丁多糖、氨基酸酯等底物.核酸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、催化核酸口身复制和加工的方式.核酸酶具有核酸序列的高度特异性.这种特异性使核酸酶具有很大的应用价值.只要知道某种核酸酶的核苜酸序列，就可以

6、设计合成催化英自我切割和断裂的核酸组成.根据这些基因组的全部序列，就可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酸酶，如能够防治流感、肝炎、艾滋病和烟草花叶病等。核酸酶也可以用來治疗某些遗传病和癌病.核酸酶还可以用作研究核酸图谱和慕因表达的工具。一般说来，人工合成的模拟酶与天然酶的催化效率相差较大，而且，反应类型大都为水解反应•人们从酶与底物过渡态中间物紧密结合是酶催化过程中的关键一步得到启发、联想到抗原引起生物内抗体的合成，以及抗原和抗体紧密结合,进而考虑利用抗原抗体相互作用的原理來模拟酶

7、的催化作用.人们设想以i些底物过渡态中间物的类似物作为半抗原，诱导合成与其构象互补的相应的抗体，试图得到能够催化上述物质进行适性反应的酶.1986年这种努力在实验室里获得了成功，为人工合成酶和模拟酶，开创了一条崭新的途径.人们将这种具有催化活性的抗体称为抗体酶(abzyme)又称催化抗体(catalyticantibody)抗体酶在木质上是免疫球蛋白，人们在其易变区赋予了酶的催化活性.抗体是目前已知的最大的多样性体系，原始抗体大家族有1x10个结合部位，体细胞变异学可以增加1x10°个结合部位.抗体有极

8、高的亲和力，解离常数为1O°—10山mol/L,其与抗原结合的结合部位与酶的结合部位相似，但无催化活性制备抗体酶的方法主要冇诱导法、拷贝法、插人法、化学修饰法和基因工程法。抗体酶的催化效率远比模拟酶高同吋，从原理上讲，只要能找到合适的过渡态类似物，几科口J以为任何化学反应提供全新的蛋白质催化剂——抗体酶.打前抗体酶催化的反应、闭环反应，还能催化合成反应、交换反应、闭环反应、异构化反应、氧化述原反应等此外，与模拟酶相比，抗体酶已经用于酶作用机