生物學(xué)]第十章酶學(xué)和酶工程研究今后的方向、進(jìn)展、熱點(diǎn)問(wèn)題(編輯修改稿)
2025-01-31 14:21 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 基因 DNA的序列并不能提供上述全部信息，僅用核酸的語(yǔ)言還不能描述整個(gè)生命活動(dòng)的規(guī)律。 在基因表達(dá)過(guò)程中，還存在基因剪接、蛋白質(zhì)翻譯后修飾及蛋白質(zhì)剪接，使基因遺傳信息的表達(dá)規(guī)律更加復(fù)雜。一個(gè)基因?qū)?yīng)一個(gè)蛋白質(zhì)的經(jīng)典理論已經(jīng)被實(shí)踐所否定。已發(fā)現(xiàn)，一個(gè)基因可以表達(dá)的蛋白質(zhì)的數(shù)目可能遠(yuǎn)大于 l。對(duì)細(xì)菌而言，可能表達(dá)的蛋白質(zhì)數(shù)目為 。對(duì)酵母而言，則為 3。而對(duì)于人，則可以高達(dá) I0。 即人類 35萬(wàn)。在基因編碼的蛋白質(zhì)中，酶占了大約為 60%。因此，后基因組研究，亦即功能基因組研究中，酶蛋白質(zhì)組研究的任務(wù)極為繁重。 七 .酶的定向固定化問(wèn)題 酶固定化以后活性部分失去 ， 甚至全部失去 。 一般認(rèn)為酶活性的失去是由于酶蛋白通過(guò)幾種氨基酸殘基在固定化載體上的附著造成的 ， 這些氨基酸殘基主要有 :賴氨酸的 (ε 氨基和 N末端氨基 ,疏基 ， 天門冬氨酸和谷氨酸的羧基等 ） 。 由于酶蛋白多點(diǎn)附著在載體上用起了固定化酶蛋白 無(wú)序的定向和結(jié)構(gòu)變形 的增加。這種增加直接導(dǎo)致酶活性下降或者丟失。 近來(lái)，國(guó)外的研究者們?cè)谔剿髅傅鞍踪|(zhì)的固定化技術(shù)方面，己經(jīng)尋找到幾條不同途徑，使酶蛋白能夠以有序方式附著在載體上，有一定的定向作用，而使酶活性的損失降低到最小程度。 酶蛋白的固定化技術(shù)具有以下一些優(yōu)點(diǎn) : a. 每個(gè)酶分子通過(guò)其一個(gè)特定的位點(diǎn)以可重復(fù)的方式進(jìn)行固定化 ， c. 這種固定化技術(shù)可以借助一個(gè)與酶蛋白的酶活性無(wú)關(guān)或影響很小的氨基酸來(lái)實(shí)現(xiàn) 。 目前所用的方法： 1) 借助化學(xué)方法的位點(diǎn)專一性固定化 。 2) 磷蛋白的位點(diǎn)專一性固定化 。 3) 糖蛋蛋白的位點(diǎn)專一性固定化 。 4) 抗體 (免疫球蛋白 )的位點(diǎn)專一性固定化 。 5) 利用基因工程的位點(diǎn)專一性固定化。 以及共價(jià)固定化、氨基酸置換、疏水定向固定化等 這種有序的 、 定向固定化技術(shù)己經(jīng)用于生物芯片 、生物傳感器 、 生物反應(yīng)器 、 臨床診斷藥物設(shè)計(jì) 、 親和層析及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的研究 。 八 雜交酶 所謂雜交酶是指由來(lái)自兩種或兩種以上的酶的不同結(jié)構(gòu)片段構(gòu)建成的新酶 。 雜交酶的出現(xiàn)及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 ， 為酶工程的研究和應(yīng)用開創(chuàng)了一個(gè)新的領(lǐng)域 。 1 是人們可以 利用高度同源的酶之間的雜交 ， 將一種酶的耐熱性、穩(wěn)定性等非催化特性 “ 轉(zhuǎn)接 ” 給另一種酶。這種雜交是通過(guò) 相關(guān)酶同源區(qū)間殘基或結(jié)構(gòu)的交換 來(lái)實(shí)現(xiàn)的， 雜交酶的特性通常介于其雙親酶的特性之間 。 例如 ， 利用根癌土壤桿菌和淡黃色纖維弧菌的 β 葡萄糖苷酶進(jìn)行雜交 ， 構(gòu)建成的雜交 β 葡萄糖 苷酶 ， 其最佳反應(yīng)條件和對(duì)各種多糖的 Km值都介 于雙親酶之間 。 2 是人們可以 創(chuàng)造具有新活性的雜交酶 。 其最便捷的途徑就是 調(diào)節(jié)現(xiàn)有酶的專一性或 催化活性 。 現(xiàn)在所有雜交酶大都屬于這類酶 。 有時(shí)單個(gè) 氨基酸殘基的變化就能夠改變酶的催化活性 。 如： 發(fā)酵氨基酸球菌的戊烯二酸輔酶 A轉(zhuǎn)移酶 點(diǎn)突變后， 可以轉(zhuǎn)化成酚基輔酶 A烴化酶。 采用循環(huán)點(diǎn)突變和篩選技術(shù)，經(jīng) 3輪的突變，可構(gòu)建出高活性的能夠?qū)⒓谆锼釋?duì)硝基苯酯進(jìn)行手性拆分的雜交脂酶。其酶活性可以從野生型的 2%上升到 81%。 ` 創(chuàng)造新雜交酶還可以利用功能性結(jié)構(gòu)域的交換，以及向合適的蛋白質(zhì)骨架引入底物專一性和催化特性的活性位點(diǎn)等技術(shù)。 雜交酶技術(shù)還可以用于研究酶的結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系 。 例如 ， 可以用來(lái)確定相關(guān)酶之間的差異 。 當(dāng)某個(gè)酶的特性在同源酶中缺失時(shí) ， 人們可以用雜交酶技術(shù)分析研究與該特性有關(guān)的殘基或片段等 。 近年來(lái) ， 雜交酶的發(fā)展非常迅速 ， 1998年就有 14個(gè)利用雜交酶技術(shù)改良的酶 ， 獲得了美國(guó)專利 。 可以預(yù)期 ， 雜交酶技術(shù)必將為酶工程的研究和應(yīng)用發(fā)揮更大的作用 。 九．極端環(huán)境微生物和不可培養(yǎng)微生物的新酶種研究 自然界蘊(yùn)藏著巨大的微生物資源 ． 據(jù)測(cè)算 1g土壤中含有 l億個(gè)微生物 。 美國(guó)華盛頓大學(xué)的 James Staley教授說(shuō)過(guò) ， 未知的微生物世界或許是地球上最大的未開發(fā)的自然資源 ， 能夠利用這個(gè)微生物資源的國(guó)家 ， 勢(shì)必會(huì)取得技術(shù)上的優(yōu)勢(shì) 。 自有酶一詞以來(lái)，隨著研究工作的深入，酶的種類在不斷增加。到目前為止，還不知道自然界究竟有多少種酶。同樣，也不清楚，每個(gè)細(xì)胞內(nèi)究竟有多少種酶。 有人估計(jì) 大腸桿菌細(xì)胞中有 “ 3000種蛋白質(zhì)， 而真核細(xì)胞中有 50000種蛋白質(zhì)． 這些蛋白質(zhì)中的大多數(shù)是酶 。 如果估計(jì)可靠，酶的種類將達(dá)到幾萬(wàn)種。近來(lái)，人們從生產(chǎn)實(shí)踐的需要出發(fā)，非常重視開發(fā)新的酶種。 現(xiàn)在人們對(duì)極端環(huán)境微生物和不可培養(yǎng)微生 物研究還很不夠．這兩個(gè)資源寶庫(kù)值得人們?nèi)ラ_發(fā)。 人們首先注意從極端環(huán)境條件下生長(zhǎng)的微生 物內(nèi)篩選新的酶種。 其中主要研究 嗜熱微生物、 嗜冷微生物、 嗜鹽微生物、 嗜酸微生物、 嗜堿微生物、 嗜壓微生物 等。 目前，人們己經(jīng)發(fā)現(xiàn)能夠在 250350 ℃ 條件下生長(zhǎng)的嗜熱微生物，能夠在 100 ℃ 條件下生長(zhǎng)的嗜冷微生物，能夠在 ，能夠在 pH10以上條件下生長(zhǎng)的嗜堿微生物，能夠在飽和食鹽溶液 (含鹽 32%或 ，能夠在 1000個(gè)大氣壓條件下生長(zhǎng)的嗜壓微生物，以及在高溫 (105 ℃) 和高壓 (400個(gè)大氣壓 )條件下生長(zhǎng)的嗜熱嗜壓微生物等。這就為新酶種和酶的新功能的開發(fā)，提供了廣闊的空間。 其中人們對(duì)嗜熱微生物的研究最多，有大量文章涌現(xiàn)。耐高溫的 α 淀粉酶和 DNA聚合酶等也獲得廣
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1