第１７卷 第２期 四 川 轻 化 工 学 院 学 报 Ｖｏｌ．１７ Ｎｏ．２
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＩＣＨＵＡＮ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ２００４年６月 ＬＩＧＨＴ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｊｕｎ．２００４
文章编号：１００８－４３８Ｘ（２００４）０２－００７９－０４
蛋白质工程在改造工业用酶中的应用
吴华昌，邓 静，吴晓莉，韩 莎
（四川理工学院生物工程系 四川 自贡 ６４３０００）
摘 要：文章概述了蛋白质工程常用策略和用这些策略来改造工业用酶的基本特性（包
括稳定性、活性、选择性和表面特性）及其在工业用酶中的应用，并对其发展做了展望。
关键词：蛋白质工程；工业用酶；合理设计；定向进化
中图分类号：Q816 文献标识码：A
工业用酶在催化化学反应方面具有经济、高效、用途广等优点，已深入到人类生活的各个领
域。但在粗放的工业条件下，如高温、高压、极端ｐＨ等，常常使酶的特性遭到破坏，其生产应用
受到了极大的限制。８０年代出现的蛋白质工程为改造和设计工业用酶带来了契机。经过几十年的
努力，蛋白质工程改造工业用酶的基本特性已取得了较大的成效。
１ 蛋白质工程常用策略
１．１ 合理设计
合理设计是蛋白质工程最早使用的技术，而且现在也在广泛的使用。要达到此目的要做好三
个方面的工作。第一要用结晶学技术来获得蛋白质结晶体，然后利用ｘ－射线技术对晶体进行测量、
分析，确定蛋白质的三维结构。第二借助计算机对蛋白质进行选择修饰，从氨基酸的化学结构预
见空间结构，或通过人工智能等其它方法来确定蛋白质和功能的关系，找到要修饰的位点。第三，
通过对基因序列的了解，运用定点突变技术来进行碱基替换。通过此法来改变蛋白质的功能，但
要想获得理想的蛋白质工程产物往往要经过多次分析，替换才能达到目的。
１．２ 定向进化
定向进化是蛋白质工程的新策略，它是在不需要事先了解蛋白质的空间结构的情况下通过模
1 酶工程复习提纲
第一章 绪论
1. 酶及酶工程的概念。
酶：是生物体内一类具有催化活性和特殊空间构象的生物大分子物质。
酶工程：利用酶的催化作用，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化成所需产品的一门工程技术。(名词解释)
2. 了解酶学的发展历史，尤其是一些关键事件。
1833年，Payen和Persoz发现了淀粉酶。1878年，Kuhne首次将酵母中进行乙醇发酵的物质称为酶。给酶一个统一的名词，叫Enzyme，这个词来自希腊文，其意思“在酵母中”。
1902年，Henri提出中间产物学说。1913年，Michaelis and Menton推导出酶催化反应的基本动力学方程，米氏方程：V=VmS/（Km+S）。1926年，Summer分离纯化得到脲酶结晶。人们开始接受“酶是具有生物催化功能的蛋白质”。Cech and Altman于1982和1983年发现具有催化活性的RNA即核酸类酶，1989年获诺贝尔化学奖。现已鉴定出5000多种酶，上千种酶已得到结晶，而且每年都有新酶被发现。
3. 了解酶在医药、食品、轻工业方面的应用。
医药：（1）用酶进行疾病的诊断：通过酶活力变化进行疾病诊断，谷丙转氨酶/谷草转氨酶用于诊断肝病、心肌梗塞等，酶活力升高；葡萄糖氧化酶用于测定血糖含量，诊断糖尿病。
（2）用酶进行疾病的治疗：来源于蛋清、细菌的溶菌酶用于治疗各种细菌性和病毒性疾病；来源于动物、蛇、细菌、酵母等的凝血酶用于治疗各种出血病；来源于蚯蚓、尿液、微生物的纤溶酶用于溶血栓。
（3）用酶制造各种药物：来源于微生物的青霉素酰化酶用于制造半合成青霉素和头孢菌素；来源于动物、植物、微生物的蛋白酶用于生产L-氨基酸。
食品：生产低聚果糖，原料为蔗糖，所需酶为果糖基转移酶、蔗糖酶α（黑曲霉、担子菌）；生产低聚异麦芽糖，原料为淀粉，所需酶为α-淀粉酶、β-淀粉酶、真菌α-淀粉酶（米曲霉）、α-葡萄糖苷酶（黑曲霉）、普鲁兰酶、糖化型α-淀粉酶（枯草杆菌）。
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酶的应用
绪论
酶”对于大多数人来说，还是比较陌生的，还不知酶为何物，要么不知所云，要么误认为“煤”等等名词。然而，随着生物技术的飞速发展，酶迅速的深入应用于人们息息相关的各工业部门及日常生活中来。当你幸福的享受生活的时候，您可能已经在使用许多用酶制剂生产出来的产品，比如：爽口的果汁、香甜面包、清洁能力出众的洗衣粉、舒适的服装，以及昨天刚在超市买的调味品、化妆品、减肥品，今天朋友聚会喝的白酒、红酒、啤酒等等等等。
酶是自然的产物，是生物为了生存而适应自然的产物。自古以来，酶就被应用于日常生活，远在人类游牧时代，人民已经利用动物胃液来凝固牛奶，制造奶酪。尤其在我国远古时代，四千年前，已经掌握了酿酒技术，秦汉以前，已经利用麦芽制取饴糖，古人还用粪便供兽皮脱毛、制造皮革，用动物胰脏软化皮革等等，都是酶的作用。酶的作用还被用于治病；两千五百年年前人民已懂得酒曲可治肠胃病，古代还用鸡内金（鸡胃膜）治消化不良。说明了古代我们的祖先，在那时即使还不知道什么是酶，已凭着实践所积累的丰富经验，广泛应用动物、植物与微生物的酶的催化作用，来生产生活资料和治病。
目前，随着现代生物工程技术的快速发展，尤其是基因工程、蛋白质工程在酶制剂方面的深入应用，进一步拓宽了酶制剂应用的广度和深度。使得酶制剂广泛应用于食品、洗涤剂、饲料、纺织、造纸、制药、制革、发酵、石油化工、环境保护等与国民经济息息相关的各个行业。酶和微生物是能够在人类居住的地球上的自然资源和人类不断增长的消费需求之间建立一种良好平衡的要素之一。而且伴随着科学技术，尤其是生物技术的发展，酶制剂将在许多行业发挥巨大作用，是现代众多行业进步的推动力之一，（三大技术：信息、生物、膜，生物工程技术包括四大工程技术，酶工程、发酵工程成熟）。
梅奥生物目标成为中国市场已经接受的酶制剂应用领域中的第一，并不断开拓酶制剂应用的新领域。为实现这一目标，我们须把更多的精力放在酶制剂的应用研究与开发上，积极开发各方面的新的酶制剂应用工艺（中草药、保健品、能源、可再生资源）。因此我们将致力于酶制剂应用的开发，不断开发出合适的酶制剂应用工艺，为我们的客户、乃至客户的客户提供最富创新和高效
第２３卷第２期 ２００７年３月 科技通报
ＢＵＬＬＥ Ｉ１Ｎ ０Ｆ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ Ｖｏ１．２３ Ｎｏ．２ Ｍａｒ．２０ｏ７
理性和非理性蛋白质设计策略在酶工程中应用
张秀艳 ，何国庆 ，陈启和
（１．华中农业大学食品安全与微生物学系，武汉４３００７０；２．浙江大学食品科学与营养系，杭州３１００２９）
摘要：理性和非理性的蛋白质设计策略是两个非常有效的酶改性工具。在对酶性质改造方面已取得
了可喜的成绩。本文将两种蛋白质设计策略的特点、各自使用的方法、进化路线及最近三年在酶工程改 造上取得的成就加以总结。并讨论了两种蛋白质设计策略的区别、联系及蛋白质工程改造的未来发展
方向。
关键词：理性蛋白质设计；非理性蛋白质设计；酶工程；蛋白质工程
中图分类号：Ｑ８１４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－７１１９｛２００７）０２—０１９１—０７
Ｕｓｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｒａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｉｒｒａｔｉｏｎａｌ Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ
ｉｎ Ｅｎｚｙｍｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ＺＨＡＮＧ Ｘｉｕ－ｙａｎ ，ＨＥ Ｇｕｏ－ｑｉｎｆ，ＣＨＥＮ Ｑｉ—ｈｅ
（１，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｆｏｏｄ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７０，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｆｏｏｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００２９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ ｉｒｒａｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｔｅｉｎ ｄｅｓｉｇｎ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ａｒｅ ｔｗｏ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｎｚｙｍｅ．Ｔｈｅ ｔｗｏ ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ ｈａｖｅ ｍａｄｅ ａ ｇｒｅａｔ ｓｕｃｃｅｓｓ，Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ａｐｐｒｏａｃｈ，ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｒｏｕｔｉｎｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｐｒｏｔｅｉｎ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ．Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅｓ，ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．
