策划生物催化的第三次浪潮
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关于学术交流心得体会范文心得体会是指一种读书、实践后所写的感受性文字。
是指将学习的东西运用到实践中去,通过实践反思学习内容并记录下来的文字,近似于经验总结。
下面是小编搜集的关于学术交流心得体会范文,希望对你有所帮助关于学术交流心得体会(1)4月26日晚7点,文学院14楼多媒体教室座无虚席,本着促进学科间交流,展现研究生风采,发扬文学院“爱读书,读好书”的优良传统为宗旨。
文学院第四届研究生读书报告月的核心活动“读书报告会”在此举行。
来自院内七个研究生专业的师生代表齐聚一堂,共同聆听了六位研究生所作的精彩报告。
首先,来自05级古代文学专业的镇锦兰以《唐文化的剪影》拉开了本场报告会的序幕。
她带领大家从唐代省试题目看唐文化的繁荣,从中窥视唐代的中外文化交流和唐朝的节日,最终以其知识性与趣味性的演讲获得了89.5分的全场最高分。
紧接着,文院的研究生们竞相上场,从古代文学讲到当下颇受关注的人文话语,带领大家走近了文学精华的殿堂。
06级汉语言文字的马晓娟引经据典,采用大量鲜活的例证为大家带来《“V+于”的词汇化过程线论》,从一个“于”字的历史演变过程探究中华语言文字的博大精深,正可谓于平常中见不平常。
05及语文教学论程春梅同学的《简论梁启超的语文教育思想》,让我们从新的角度重新认识了梁启超,它不仅是伟大的政治家、思想家,在文学、语文教育方面也堪称“大家”,他的“中学为体,西学为用”的教育思想盛极一时,他在语文审美教育与趣味教育方面也颇有研究,值得今人借鉴。
作为从理科转入新闻学专业的06级研究生,杨凤同学让我们领略到了一种别样的思维视角,她的《丰富景别? 聚焦新闻传播学图景》从摄影的景别角度细述自己《中国新闻传播学说史1949-2005》的读书体会她勤奋、勇于探索求知的学术热情与精神令在场所有人感动,并获得了指导老师的极大肯定。
“文学帝国已轰然塌陷,文学自由的时代已经到来……”05级现当代文学刘鹏程激情四溢的演说博得了现场观众的阵阵掌声,将现场气氛推向了一个高潮。
催化剂循环再生原理及应用催化剂循环再生是指利用特定技术手段对失活的催化剂进行再生,恢复其活性和选择性,使其可以被重复使用。
催化剂的再生是一种经济、高效的方法,可以大大延长催化剂的使用寿命,减少催化剂的使用量,降低生产成本,因此在化学工业中得到广泛应用。
催化剂循环再生的原理主要包括物理再生、化学再生和生物再生三种。
物理再生主要是通过物理方法去除催化剂上的污染物,一般包括气体燃烧法、高温高压水洗法、溶剂洗涤法和超声波清洗法等。
气体燃烧法是指将失活的催化剂与气体混合后进行热解,将污染物燃烧掉;高温高压水洗法是指将失活的催化剂放入高温高压水中进行清洗;溶剂洗涤法是指将失活的催化剂放入溶剂中进行清洗;超声波清洗法是指利用超声波的振动作用将催化剂上的污染物溶解掉。
这些物理方法能够有效去除催化剂表面的污染物,恢复催化剂的活性。
化学再生是通过化学方法对失活的催化剂进行再生,主要包括还原、氧化和酸洗等。
还原是指将失活的催化剂放入还原剂中进行还原反应,将催化剂上的氧化物还原成金属或金属氧化物,恢复催化剂的活性;氧化是指将失活的催化剂放入氧化剂中进行氧化反应,将催化剂上的有机残留物氧化成二氧化碳和水蒸气,恢复催化剂的活性;酸洗是指将失活的催化剂放入酸性溶液中进行酸洗,将催化剂上的杂质物质溶解掉,恢复催化剂的活性。
化学再生可以有效去除催化剂上的污染物,提高催化剂的活性和选择性。
生物再生是利用微生物的特殊代谢能力对失活的催化剂进行再生,主要包括微生物氧化法、酶法和生物固定法等。
微生物氧化法是指利用细菌、真菌等微生物介入反应体系,通过其代谢能力将催化剂表面的污染物降解为无机盐或二氧化碳等无害物质,恢复催化剂的活性;酶法是指利用特定酶催化剂进行催化反应,将催化剂表面的污染物进行降解,恢复催化剂的活性;生物固定法是指将失活的催化剂与生物固定在一起,在反应体系中进行反应,通过微生物的代谢活性促进催化剂的再生。
生物再生能够高效降解催化剂表面的污染物,使催化剂恢复原有的活性和选择性。
认识小干扰RNA、微RNA和RNA干扰雷宇华 廖峥嵘 赵 娟 王忠海3 (河北医科大学生物教研室 石家庄 050017)摘 要 近年来随着RNA干扰(RNA i)技术在生命领域的应用和小分子RNA研究的深入,RNA逐渐成为生命科学领域的一个研究热点。
本文就RNA干扰技术及小干扰RNA(si RNA)和微RNA(m i RNA)间的关系进行了介绍。
关键词 si RNA m i RNA RNA i DNA分子携带着控制细胞生命活动的全部遗传信息,能决定生物体的遗传性状及生物学行为,在整个生命活动中的作用无以伦比。
将遗传信息从DNA传递给RNA的过程称为转录,这是细胞合成有功能的蛋白质所必需的重要环节,因此RNA分子扮演着同等重要的作用。
近年来随着研究的深入,特别是RNA干扰(RNA i)技术在生命领域的应用和小分子RNA的研究,RNA逐渐成为生命科学领域的一个研究热点,甚至从“配角”变成“主角”。
人们对细胞质中的mRNA(信使RNA)、tRNA(转运RNA)和rRNA(核糖体RNA)三类RNA已很熟悉。
什么是小干扰RNA(siRNA)、微RNA(m iRNA)和RNA i?它们之间有着什么样的关系呢?下面我们就来认识它们。
1 RNA干扰RNA i现象早在1993年就有报道:将产生紫色素的基因转入开紫花的矮牵牛中,希望得到紫色更深的花,可是事与愿违,非但没有加深紫色,反而成了白色。
当时认为这是矮牵牛本来有的紫色素基因和转入的外来紫色素基因都失去了功能,称这种现象是“共抑制”。
直到1998年,Fire等的研究证明,在正义RNA 阻断了基因表达的试验中,真正起作用的是双链RNA,使基因“沉默”了[1]。
研究人员将这一现象称为RNA干扰(RNA interference,RNA i)。
研究者因此获得了2006年诺贝尔生理学或医学奖。
随后陆续发现RNA i也存在于水稻、烟草、果蝇、小鼠及人等几乎所有的真核生物中。
生物催化与转化第四章代谢调控1.分解代谢:指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化,产生简单分子、腺苷三磷酸(ATP)形式的能量和还原力(或称还原当量,一般用[H]来表示)的作用2.合成代谢:指在合成代谢酶系的催化下,由简单小分子、ATP形式的能量和[H]形式的还原力一起合成复杂的大分子的过程。
或利用分解代谢的能量和中间体合成氨基酸、核酸等单体物质及蛋白质、多糖等多聚物3.次级代谢产物定义:微生物生长到一定阶段才产生的,化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能,或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质。
特征:不同的微生物次级代谢产物不同;次级代谢产物的通常在菌体的生长后期合成,发酵分两个阶段进行,即营养增殖期和生产期。
在多数情况下,增加前体是有效的4.初级代谢产物定义:微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质。
特征:不同的微生物初级代谢产物基本相同;初级代谢产物合成过程是连续不断的,与菌体的生长呈平行关系。
5.两种代谢产物的不同:●次级代谢通常在生长后期合成。
不是微生物生长所必需的,不参与微生物的生长和繁殖。
●次级代谢对环境条件的变化很敏感,其产物的合成往往会因环境条件的变化而停止。
●不同微生物的次级代谢产物有很大区别。
基于菌种的特异性●催化次级代谢产物合成的某些酶专一性不强。
6.酶活性的调节:指在酶分子水平上的一种代谢调节,它是通过改变现成的酶分子活性来调节新陈代谢的速率。
酶活性的抑制和激活是微生物代谢中存在的两种矛盾的过程。
7.酶活性的激活:常见的酶活性的激活是前体激活,多发生在分支代谢途径,即代谢途径中的后面的反应可被较前面的一种代谢中间产物所促进。
8.酶活性的抑制:酶活性的抑制包括:竞争性抑制反馈抑制反馈抑制:指反应途径中某些中间产物或末端产物对该途径中前面反应的影响。
凡是反映加速的称为正反馈;凡是反应减速的称为负反馈。
末端产物的反馈抑制普遍存在于合成途径中。
9.反馈抑制的类型●直线式代谢途径中的反馈抑制●分支代谢途径中的反馈抑制:同功酶调节:在一个分支代谢途径中,如果在分支点以前的一个较早的反应是由几个同功酶所催化时,则分支代谢的几个最终产物往往分别对这几个同功酶发生抑制作用协同反馈抑制:指分支代谢途径中的几个末端产物同时过量时才能抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节方式累积反馈抑制:催化分支合成途径第一步反应的酶有几种末端产物抑制物,但每一种如过量,按一定百分率单独抑制共同途径中的第一个酶活性,总的抑制效果是累加的,各末端产物所起的抑制作用互不影响,只影响这个酶促反应的速率。
生物质催化转化过程中的反应机理生物质是一种可再生资源,包含大量的碳氢化合物,常被用作生物燃料和化学品的原料。
催化转化是利用催化剂在较低温度和压力下加速化学反应的过程,可以有效地提高生物质的利用效率,减少能源消耗和环境污染。
本文将从催化转化的基本原理、选择合适的催化剂以及反应机理等方面介绍生物质催化转化过程中的反应机理。
一、催化转化的基本原理催化转化是通过添加催化剂来改变化学反应的路线和速率,从而获得高效的化学转化过程。
催化剂通常是一种高度活性的材料,对物质的化学键进行分解和形成,但本身不参与反应。
催化剂通过降低反应的活化能,加速化学反应的速度。
二、选择合适的催化剂生物质催化转化需要选择合适的催化剂,以便在低温下快速和高效地转化生物质。
常用的催化剂包括过渡金属、贵金属、酸和碱等催化剂。
1. 过渡金属催化剂过渡金属催化剂具有高的催化活性和选择性,可以在相对温和的反应条件下催化氧化和加氢反应。
常用的过渡金属催化剂包括铜、铁、钼、钛等。
2. 贵金属催化剂贵金属催化剂具有优异的催化活性和选择性,在液相和气相反应中都得到了广泛应用。
常用的贵金属催化剂包括铂、钯、铑、钌等。
3. 酸催化剂酸催化剂可以催化生物质的羟甲基化和缩醛反应,实现生物质的转化。
常用的酸催化剂包括硫酸、氢氟酸、磷酸等。
4. 碱催化剂碱催化剂可以用于转化生物质的酯和醛基团,也可以实现生物质的加氢反应。
常用的碱催化剂包括氢氧化钠、碳酸钠等。
三、反应机理生物质催化转化的反应机理复杂多样,不同的反应需要选择不同的催化剂和反应条件。
下面介绍几种常见的生物质催化转化反应机理。
1. 羟甲基化反应羟甲基化反应是将生物质中的酚、醛和醇转化为羟甲基化产物的反应。
羟甲基化反应需要酸性催化剂,如硫酸、磷酸等。
在催化剂的作用下,酚、醛和醇首先发生质子化,形成质子酸,然后吸收水分子,发生裂解反应,生成羟甲基化产物。
2. 缩醛反应缩醛反应是两个醛分子在酸性催化剂作用下发生缩合反应,生成糖醇、酮、脂肪酸和酯等产物。
生物催化概念1. 生物催化的定义生物催化是指生物体利用酶的催化作用来加速化学反应的过程。
酶是一种高效催化剂,可以在温和的条件下加速反应速率,并且能够选择性地催化特定的反应,生物催化广泛应用于化学、医药、食品等领域。
2. 生物催化的优点与传统的催化剂相比,生物催化具有以下优点:(1)高效性:酶能够在温和的条件下催化反应,反应速度远高于传统的催化剂。
(2)选择性:酶能够选择性地催化特定的反应,不会产生副反应或生成不必要的产物。
(3)环境友好:酶不会对环境造成污染,也不需要使用有毒的催化剂。
(4)易回收:酶可以通过简单的分离和纯化步骤进行回收,不会对环境造成影响。
3. 生物催化在化学领域的应用生物催化在化学领域具有广泛的应用。
(1)合成有机化合物:酶可以催化多种有机化合物的合成,例如合成药物、香料、染料等。
(2)生产食品或添加剂:酶可以用于生产面包、啤酒、酪蛋白等食品或添加剂。
(3)生产聚合物:酶可以用于生产纤维素、淀粉、天然橡胶等聚合物。
4. 生物催化在医药领域的应用生物催化在医药领域也有广泛的应用。
(1)生产药物:酶可以用于生产药物,例如激素、抗生素、酶替代疗法等。
(2)生产生物传感器:酶可以用于制造生物传感器,用来检测血糖、血脂等生物指标。
(3)生产生物治疗药物:酶可以用于生产生物治疗药物,例如透明质酸、胰岛素等。
5. 生物催化在食品领域的应用生物催化在食品领域也有广泛的应用。
(1)面包、啤酒等生产:酶可以用于发酵过程中,促进面包、啤酒等产品的生产。
(2)增强口感:酶可以用于乳制品、肉制品等食品中,增强其口感。
(3)降解防腐剂:酶可以用于降解食品中的防腐剂,降低其对人体的危害。
6. 生物催化的研究进展生物催化是一个快速发展的领域,在研究上已经取得了许多进展。
(1)酶的改造:通过改造酶的结构和性质,可以提高酶催化的效率和选择性。
(2)酶的固定化:将酶固定在固体支撑物上,可以提高酶的稳定性和使用寿命,方便酶的回收和重复使用。
生物催化名词解释生物催化是指利用生物物质,如酶、酵素、细胞、菌种等,作为调节反应条件和反应媒介,能够有效地实现各种有机反应的生物学技术。
生物催化应用的动力传递过程可以更快捷、更有效,更安全地实现有机合成,因而又被称为“生物催化反应(Bio-catalysis)”或“生物反应(Bioreaction)”。
生物催化反应可以大大提高有机化学反应的生产效率,并且可以有效地抑制反应温度、副反应及副产物的形成。
生物催化反应还可以减少反应物的消耗,使反应的产物的收率大大提高,以及节约相关原料和能源。
生物催化反应可分为两类:一类是借助于有机物介导,另一类是借助于酶介导的反应。
有机物介导的反应是指在反应体系中,存在有机物质作为催化剂,可以加速反应进程的反应。
典型的有机物介导催化反应包括加成反应、甲醛加成反应、烯烃加成反应、活性醇氧乙烯加成反应、酯交换反应等。
这些有机物介导的反应,在微囊藻蛋白(microalgae protein)和有机溶剂中得到了改进。
酶介导的生物催化反应,也称为生物催化反应,是指利用酶作为催化剂,能在有机反应体系中快速实现合成反应的一种生物学技术。
酶介导的生物催化反应通常分为两个步骤:一是酶的酶反应,即酶将反应物转变为活性物质;二是酶的调节作用,即根据反应条件,酶降解或结合反应物,从而调节反应物的比例。
生物催化反应是当今有机合成反应中必不可少的部分,在有机合成中得到了广泛应用。
此外,由于其独特的催化特性,生物催化反应也被用于医药、农药、食品、芳香等行业,取代传统的有机合成方法,实现绿色合成。
生物催化反应不仅提高了有机合成反应的效率和可控性,而且它不会产生污染,所以也被称为“清洁学”。
此外,由于生物催化反应得到了广泛应用,相关技术研究也大大促进了物质和能源的可持续利用,因此也被称为“清洁生产”。
总之,生物催化反应是当今有机合成反应中最常见的一种方法,由于其独特的催化特性与清洁环保的优势,受到了有机合成行业的越来越多的重视。
策划生物催化的第三次浪潮 来源:生物谷 日期: 2012年09月13日
生物催化是在合成化学中应用酶和微生物,将天然催化剂用于酶尚未进化到的新目的。经过几次技术研究和创新浪潮,生物催化领域现被证明已经达到了工业化水平。
第一次生物催化浪潮始于一个多世纪前,科学家意识到活体细胞的某些成分可以用于有用的化学转化(与此不同的是,发酵过程早已经成为常事上千年了)。比如,Rosenthaler使用从植物中提取的苯甲醛和氢氰酸合成了(R)-苯乙醇腈(维生素B17的有效成分之一),人们也已经知道微生物体内进行着甾体的羟基化反应。更近的例子是,蛋白酶被用于洗衣液中,葡萄糖异构酶被用于将葡萄糖转化为更甜的果糖,盘尼西林G酰基转移酶被用于生产半合成抗生素。这些应用主要面临的挑战在于生物催化剂有限的稳定性,但这些缺陷首先由酶的固定化得以克服,该方法还易化了酶的重复利用。
第二次生物催化浪潮介于二十世纪八十至九十年代,最初的蛋白质工程技术,典型的是基于结构的,拓宽了酶的底物范围从而可以合成非常见的合成中间物上。这一改变使得生物催化扩展至药物中间体和精细化学生产领域。这方面的例子包括:脂肪酶催化拆分手性前体用于合成地尔硫卓(一种降压药)的手性前体,醇腈裂解酶催化合成除草剂的中间体,羰基还原酶催化合成纯化对映体醇用于生产降低胆固醇的沙汀类药物,脂肪酶催化合成酯化腊,如化妆品的添加物肉豆蔻醇肉豆蔻酸酯或鲸蜡醇蓖麻油酸酯,腈水合酶(提取自玫瑰红红球菌)催化丙烯腈水合生成丙烯酰胺用于形成聚合物。除了酶的固定化,现有的挑战还包括为非天然底物优化生物催化剂。
现在这第三次生物催化浪潮始于Pim Stemmer和Frances Arnold在二十世纪九十年代中后期的工作。他们开创性地借助分子生物学的方法通过体外版的达尔文进化快速而广泛的改变生物催化剂。现在这种方法通常被称为定向进化,尽管该词从1972年的全细胞实验后一直在使用。这项技术最开始的做法包括:将蛋白质中氨基酸的随机突变通过重复循环累积起来,然后选择或筛选所得到的文库,最终得到稳定性更高、底物更专一、手性选择性更好的变体。我们在此讨论的接下来的改进将注意力集中在了提高定向进化的效率上,它们力求创造出更聪明的文库。工业规模的生物催化过程主要涉及到水解酶、少量酮还原酶、辅助因子的再生和蛋白质在有机溶剂中保持稳定。在一些实例中,代谢通路被优化。比如,将各种各样的天然菌种的基因结合后在新的宿主中生产1,3-丙二醇(聚酯纤维单体),这使得将给料从丙三醇变为更方便获得的葡萄糖成为可能。
由于目前这次生物催化浪潮所取得的进展,现在我们已经可以改造酶使其获得不同寻常的新的能力,比如接受先前为无效的底物(一种用于合成孟鲁司特的KRED,或者一种用于合成西他列汀的转氨酶)或者改变形成的产物的性质(适合不同萜的萜环化酶变体或氨基酸代谢生产作为生物燃料的乙醇)。今天,我们还需要新的酶用于将生物质能转化为第二和第三代生物燃料、材料和化学制品。使这第三次浪潮成为可能的关键的发展有:高级蛋白质工程(包括定向进化),基因合成,序列分析,生物信息学工具和电脑建模以及观念的进步(现在认为,酶的改进程度可以比之前所预计的更显着)。改造后的酶可以在含有有机溶剂的60摄氏度的溶液中保持稳定,可以接受新的底物,并可以催化新的非天然反应。这种改造可能现在只需耗时几个月,因此极大地扩展了潜在的应用。在过去,是围绕酶的缺陷来设计基于酶的流程,而现在,酶被人为改造以适合流程规范。
大约10年前,《自然》和《科学》上的文章回顾了第一和第二波生物催化浪潮并给第三次浪潮可能会带来什么以一窥。现在,正是评估这第三次浪潮所产生的影响并猜测下一个十年可能会带来什么的时候。尽管生物催化涉及代谢工程和合成生物学,本综述主要集中于酶和全细胞反应。
改造酶以适合生产流程 为了使成本最小化,化学生产需要稳定的,有选择性的,以及富有成效的催化剂,并且这种催化剂要在人们希望的流程条件下运作。要为这样一种流程改造酶,首先要定义设计目标,如增加稳定性,选择性,底物范围,或典型地,是它们的组合。在2000年,第三次浪潮之前,只有少数可用的策略来实现这些目标。酶的固定化可以增加蛋白质的稳定性,但是这只是适度地增加了稳定性,对大多数的化学转化而言通常是不够的。定向进化也是可能的,但依然很慢因为它需要构建和筛选大的文库,但文库所包含的大多数是退化的甚至无活性的变体。有猛烈进步的实例又很少与工业相关。这种缓慢的步伐意味着进化后的蛋白只包括少数改变,并且因此酶的性质也只是略微地改变了。尽管几百种酶促过程已经有工业用途,大多数涉及的酶和全细胞在遗传上只是少量地被改变了。 在过去十年间,我们对蛋白质的认识和可用的定向进化的策略的数目都增长了,这使得对酶的性质作出大的改变成为可能。总的来说,酶工程将继续成为从众多可能的方法中选择其一加以应用解决手头的问题的案例研究汇总,而不是像土木工程,电机工程,软件工程或化学工程那样有一种定量的方法。将这些案例研究转化为改造原则需要使用自由能将设计目标与所需的结构改变结合起来。性质上大的改变需要大的自由能的改变。例如,稳定性上大的改变需要折叠-去折叠平衡中大的自由能的改变(即使是不可逆的蛋白质去折叠也起始于一种可逆的部分去折叠)。对蛋白质分子水平的理解提示了可被用于改进的策略。例如,负责折叠-去折叠平衡的表面残基以及向环内添加脯氨酸残基都将降低去折叠形式的熵。这些策略用更小更集中的蛋白质文库代替了大的随机变异的文库(大多数带有更劣质的性质),其中小文库含有很高比例的有活性且潜在可能已改进的变体。最后,通过估计各种各样的相互作用力的强度(表面离子对或添加一个脯氨酸残基对熵的贡献),研究者可以估计为达到目标所需作出的改变。现在,很少有研究者明确地使用基于自由能的测量来规划蛋白质工程的策略,但是将案例研究转化为工程原则则需要定量的方法。
新的改进的方法学 在过去的十年间,DNA技术和生物信息学的巨大进步为生物催化领域提供了关键性的支持。这些工具促进了从自然资源中发现新的酶并大大加速了对存在的生物催化剂的重新改造。
改良的DNA技术 下一代的DNA测序技术使大规模的平行序列分析成为可能,并且大幅度降低成本。尽管在2002年人类基因组序列分析的花费预计在大约70,000,000美元,到2012年其已缩水了1,000多倍,为少于10,000美元。LifeTechnologies, Illumina和Oxford Nanopore Technologies已宣布为在几个小时内测完整个人类基因组而设计的测序仪器在2012年晚些时候将可以实现,并且将会把每个基因组的成本降至少于1,000美元。来自不同环境的有机体的全基因序列以及环境中的DNA样品,其包括难以培养的生物(元基因组),创造了一种丰富的资源,使得可以并且将来也继续可以从中寻找新的生物催化剂。使用Illumina的大规模高通量(> 10,000,000基因序列)测序技术同样易化了探索和认知蛋白质序列-功能的相互关系。
低成本的DNA合成已代替分离基因组DNA作为蛋白质工程的起始点。全基因DNA合成进一步允许为宿主生物优化密码子并在适宜的位点引入分子构筑结构如启动子、终止子、增强子、限制性内切位点等等。这种DNA合成使用传统的磷酰胺化学法,但是优化了的反应条件提高了耦合效率,增加了总体质量和聚合物的数量使得序列长达200-250个核苷酸。使用照相平版印刷法和喷墨打印技术的平行DNA合成技术进一步降低了成本,加快了合成的速度。DNA合成被用于为代谢通路工程合成整条染色体DNA甚至完整的基因组。全基因合成还可以被用于生成高质量的DNA文库,这些文库包括从小而专的位点饱和文库到大而全的基因集合。定做的基因甚至基因文库已变成大宗生产型化学品,和今天在研究实验室中见到的试剂和溶剂一样。
生物信息学中的新工具 作为实验进展的补充,生物信息学工具已成为现代蛋白质工程中不可缺少的一部分。跨越大的酶家族的多序列对比和同源序列查找已发现了有相似催化活性的基因,并引出了新的、强效的生物催化剂。相同的序列信息使得可以重构古代的生物催化剂,它们可能拥有更广的底物范围和催化多功能性(见下文)。多序列对比识别出了每个位点上最常见的氨基酸(共有序列)和能产生稳定功能的酶的氨基酸替代。这些数据有助于设计含有高比例的催化活性变体的小文库。这些文库被用于发现稳定性增强、催化功能提高以及立体选择性改变了的生物催化剂。
与基于序列的蛋白质工程所取得的进展相应的,结构导向的方法获益于储存在RCSB蛋白质数据银行(http://www.pdb.org)中的蛋白质结构类似物的快速增长。在过去十年间,存储库增加了450%有余,包含超过77,000个蛋白质结构。这既便利了理性蛋白质设计又易化了定向进化,因为相关蛋白的结构对比有助于识别显着的相似性和差异性从而引导设计更可靠的突变文库。
两种不同的方法显示了小文库的效用,这两种方法增加了一种酯酶分辨甲基-3-溴-2-甲基丙酸(一种手性合成纤维)时的手性选择性。使用随机突变并从上千个变体中筛选出了200个变体,该酶的E值(酶对一种对映体较另一种对映体的选择性)从12增加到了19。认识到要产生一种有用的酶(E > 30)两种对映体在自由能差异(ΔΔΔG)上的相对小的增加(0.5千卡/摩尔)是需要的这一点,突变就集中在了活性位点上。一个包含了4个位点上所有可能的单突变(76个变体)的文库产生了一个E值为61的酶(ΔΔΔG = 0.96)。理解了要解决的问题的本质,酶的优化方法就集中在了小文库上并产生了更大的进步。在这种情况下,还值得一提的是连续定向进化的一种新的方法,该方法使用了噬菌体感染系统和大肠杆菌的突变质粒的结合。
用于工业生物催化的工程化酶的实例 正如Schmid等人在他们2001年的前瞻性的综述中所预言的那样,在过去十年间,辅因子的连续再生和更广范围的酶已被报道。然而,预言的生物芯片和组合生物催化