第十章酶学和酶工程研究今后的方向、进展、热点问题4培训教材.ppt

八 杂交酶 所谓杂交酶是指由来自两种或两种以上的酶的不同结构片段构建成的新酶。杂交酶的出现及其相关技术的发展，为酶工程的研究和应用开创了一个新的领域。 是人们可以利用高度同源的酶之间的杂交， 将一种酶的耐热性、稳定性等非催化特性“转接”给另一种酶。这种杂交是通过相关酶同源区间残基或结构的交换来实现的， 杂交酶的特性通常介于其双亲酶的特性之间。 例如，利用根癌土壤杆菌和淡黄色纤维弧菌的 β-葡萄糖苷酶进行杂交，构建成的杂交β-葡萄糖 苷酶，其最佳反应条件和对各种多糖的Km值都介 于双亲酶之间。 2 是人们可以创造具有新活性的杂交酶。 其最便捷的途径就是调节现有酶的专一性或 催化活性。 现在所有杂交酶大都属于这类酶。有时单个 氨基酸残基的变化就能够改变酶的催化活性。 如： 发酵氨基酸球菌的戊烯二酸辅酶A转移酶 点突变后， 可以转化成酚基辅酶A烃化酶。 采用循环点突变和筛选技术，经3轮的突变，可构建出高活性的能够将甲基癸酸对硝基苯酯进行手性拆分的杂交脂酶。其酶活性可以从野生型的2%上升到81%。 ` 创造新杂交酶还可以利用功能性结构域的交换，以及向合适的蛋白质骨架引入底物专一性和催化特性的活性位点等技术。 杂交酶技术还可以用于研究酶的结构和功能之间的关系。例如，可以用来确定相关酶之间的差异。 当某个酶的特性在同源酶中缺失时，人们可以用杂交酶技术分析研究与该特性有关的残基或片段等。 近年来，杂交酶的发展非常迅速，1998年就有14个利用杂交酶技术改良的酶，获得了美国专利。可以预期，杂交酶技术必将为酶工程的研究和应用发挥更大的作用。 九．极端环境微生物和不可培养微生物的新酶种研究 自然界蕴藏着巨大的微生物资源． 据测算1g土壤中含有l亿个微生物。 美国华盛顿大学的James Staley教授说过，未知的微生物世界或许是地球上最大的未开发的自然资源，能够利用这个微生物资源的国家，势必会取得技术上的优势。 自有酶一词以来，随着研究工作的深入，酶的种类在不断增加。到目前为止，还不知道自然界究竟有多少种酶。同样，也不清楚，每个细胞内究竟有多少种酶。 有人估计大肠杆菌细胞中有“3000种蛋白质， 而真核细胞中有50000种蛋白质． 这些蛋白质中的大多数是酶。 如果估计可靠，酶的种类将达到几万种。近来，人们从生产实践的需要出发，非常重视开发新的酶种。 现在人们对极端环境微生物和不可培养微生 物研究还很不够．这两个资源宝库值得人们去开发。 人们首先注意从极端环境条件下生长的微生 物内筛选新的酶种。 其中主要研究 嗜热微生物、 嗜冷微生物、 嗜盐微生物、 嗜酸微生物、 嗜碱微生物、 嗜压微生物等。 目前，人们己经发现能够在250-350 ℃ 条件下生长的嗜热微生物，能够在-10-0 ℃条件下生长的嗜冷微生物，能够在pH2.5条件下生长的嗜酸微生物，能够在pH10以上条件下生长的嗜碱微生物，能够在饱和食盐溶液(含盐32%或5.2mol/L中生长的嗜盐微生物，能够在1000个大气压条件下生长的嗜压微生物，以及在高温(105 ℃)和高压(400个大气压)条件下生长的嗜热嗜压微生物等。这就为新酶种和酶的新功能的开发，提供了广阔的空间。 其中人们对嗜热微生物的研究最多，有大量文章涌现。耐高温的α-淀粉酶和DNA聚合酶等也获得广泛的应用。 所谓不可培养微生物是指在实验室内，采用常规培养方法培养不出的微生物。而这类微生物约占全部微生物的99%. 今天，我们完全可以绕开菌种分离纯化的步骤，应用最新分子生物学方法，直接从这类微生物中，探索、寻找有开发价值的、新的微生物基因和新的酶种。 十． 酶化学技术进展 有机合成是一项非常重要的技术。它不仅可以构成其他众多研究领域的基础，而且也能够不断研制开发出各种各样的新产品，以符合经济和社会发展的需要。 然而，有机合成只有经常不断更新和改进其合成的方法，从“经典有机化学技术“中解放出来，才能满足上述要求。由于酶的高效和专一性的催化作用自然界中的生物能够在常温、常压等温和条件下生产出无数的、结构复杂的化合物。 近年来，随着生物化学和酶化学的进展，以及基因工程和发酵工程的进步，有机化学家们越来越重视利用酶和微生物细胞来从事化学合成，取得了丰硕的成果，并形成了一个新的研究领域-酶化学技术. 目前，酶在有机合成中研究和应用的范围不断扩大，己经涉及众多类型的化学反应。 例如，C-0键、 C-N键、 P-