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1、54食品与发酵工业FoodandFermentationIndustriesVol126No13酶工程研究和酶工程产业的新进展(Ⅰ)———国际酶工程研究领域的若干“热点”和前沿课题居乃琥(冠生园(集团)有限公司,200050,上海)摘要概要介绍了国际上酶工程研究和酶工程产业的新进展。第一部分着重介绍国际酶工程研究领域的若干“热点”和前沿课题,包括基因工程和蛋白质工程,人工合成酶和模拟酶,核酸酶和抗体酶,酶的定向固定化技术,酶化学技术,非水酶学,糖生物学和糖基转移酶,酶标药物,极端环境微生物和不可培养微生物的新酶种,酶在环境保护方面的应用等
2、。关键词酶工程酶制剂工业前沿课题酶工程是生物技术的一个重要组成部基因工程在酶工程领域的成功应用,可分。酶工程是指在一定的生物反应器内,利以算做近年来酶工程最引人注目的发展之用酶的催化作用,进行物质转化的技术。其一。有关文献如雨后春笋,大量涌现。运用应用范围已遍及工业、医药、农业、化学分析、基因工程技术可以改善原有酶的各种性能,环境保护、能源开发和生命科学理论研究等如提高酶的产率、增加酶的稳定性、使其在后各个方面。与此同时,酶工程产业也在快速提取工艺和应用过程更容易操作等。运用基发展。1998年全世界工业酶制剂销售额高因工程技术也可以将原来
3、由有害的、未经批达16亿美元。预计到2008年,销售额将达准的微生物产生的酶的基因,或由生长缓慢到30亿美元。的、动植物产生的酶的基因,克隆到安全的、近年来,美国、欧洲共同体国家和日本,生长迅速的、产量很高的微生物体内,改由微在酶工程研究和酶工程产业方面发展非常迅生物来生产。运用基因工程技术还可以通过速,仍然居于领先地位。我们一定要迎接21增加编码该酶的基因的拷贝数,来提高微生世纪知识经济时代的挑战,紧紧跟踪国际上物产生的酶的数量。这一原理已成功地用于最新发展动向,本着“有所为,有所不为”的原提高大肠杆菌(E1coli)青霉素G酰胺酶的则
4、,明确研究方向,制定发展计划,才能在人产量。目前,世界上最大的工业酶制剂生产厂商丹麦诺和诺德公司(NovoNordisk),生力、物力、财力都很有限的情况下,使我国的产酶制剂的菌种约有80%是基因工程菌。酶工程研究和酶工程产业取得更快的发展。由基因工程发展起来的蛋白质工程,更为此,笔者根据个人的一些认识和体会,就国加吸引人们的广泛关注。在蛋白质工程兴起际酶工程研究和国内外酶工程产业的现状、之初,主要采用定点突变技术,对天然酶蛋白发展趋势及对策和建议,作一概述。进行改造,已经取得很多成果。例如,将T4近年来,国际上酶工程研究进展迅速,硕溶菌
5、酶的第51位苏氨酸转变成脯氨酸,使该果累累。主要表现在10个“热点”和前沿课酶对ATP的亲和力增强,酶活力提高了25题方面。现分述如下。倍。但定点突变技术只能对天然酶蛋白中某1基因工程(geneticengineering)和蛋些氨基酸残基进行替换,酶蛋白的高级结构[1～10]白质工程(proteinengineering)基本维持不变,因此对酶的功能的改造非常3作者:冠生园公司原总工程师,教授级高级工程师。现任德国医药创新中心股份有限公司高级顾问,并任该公司上海代表处副首席代表。收稿时间:2000-02-25,改回时间:2000-03-
6、15第26卷第3期居乃琥:酶工程研究和酶工程产业的新进展(Ⅰ)55有限。不过,如果通过多代遗传将突变积累起来,也可以较好地拓展酶的功能。近来,Arnold利用所谓“定向酶进化”技术,在试管中模拟达尔文进化论的关键过程。先进行无序突变和重组,继而进行筛选,再通过多代遗传,可以大大改进和拓展酶的功能。近来国际上又提出蛋白质全新设计(proteindenovodesign)的概念。众所周知,蛋白质的空间结构由其氨基酸的序列控制,图1蛋白质全新设计过程而其功能又与结构密切有关。据计算,300(synzymes)。人工合成酶在结构上必须具有390个
7、氨基酸可以组成10种不同序列的蛋白2个特殊部位,即一个是底物结合位点,一个质。而从生物出现以来,自然界只发现过是催化位点。业已发现,构建底物结合位点5510种蛋白质。即绝大多数新序列和新功能比较容易,而构建催化位点比较困难。2个的蛋白质或酶,在30亿a的生物进化过程中位点可以分开设计。但是已经发现,如果人还没有出现。这就有待我们去开发和创造。工合成酶有一个反应过渡态的结合位点,则基因工程的飞速发展为蛋白质序列的表达提该位点常常会同时具有结合位点和催化位点供了强有力的手段。如果我们能够找到组建的功能。人工合成酶通常也遵循Michaelis2
8、蛋白质结构的方法,就能够获得自然界原先Menten方程。例如。高分子聚合物聚242乙并不存在的、具有全新结构和功能的蛋白质。烯基吡啶2烷化物,具有糜蛋白酶的功能,含同样,这一项新技术也可以用于
