分子酶工程学与分析生物技术

互联网2013-11-15

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分子酶工程学在分析生物技术领域有广阔的技术发展空间。酶法分析是分析生物技术中的主要内容之一，包括酶试剂盒、酶联免疫（ELISA）、酶标基因探针、酶传感器等等，已经在临床诊断、生物工艺过程分析与监控、环境监测、检疫、生命科学研究等方面逐渐取代传统的化学分析法。　　

分析用酶之所以被青睐，归功于酶分子高度特异性和高催化效率，使微观生物学反应过程得以放大。然而，天然酶蛋白分子并非完美无缺，它们或太“娇嫩”，热稳定性差，容易受抑制，受蛋白酶水解而失活，或催化性能不理想，固定化回收活力低下等等，导致许多分析用酶还未能实际发挥作用。特别具有很多优点的固定化酶分析法和各类酶传感器，并没有获得广泛应用。　　

如何能够对酶蛋白实施分子改造，使它们的性能得到改善，是具有挑战性的课题。化学修饰法曾经是主要的手段，但盲目性比较大，效果常常不理想。分子酶工程学是近年发展起来的新的学科领域，其基础是结构生物学和生物信息学，尤其是利用蛋白质超分子结构知识，采用基因工程和蛋白质工程手段，对天然酶实施定向改造和体外分子进化，在开发新型、高质量分析酶试剂方面意义重大。　　

近期在作者实验室的研究进展，包括：（1）大肠杆菌碱性磷酸酶的定向改造与分子体外进行；（2）固定化酶空间取向控制的“锚链”（anchor―chain）模型；（3）顺序酶反应融合蛋白分子系统的构建；（4）免疫酶光开关；（5）增强电子传递速率的融合酶分子系统等等。这些研究成果不仅在生物传感、蛋白质芯片和酶标等分析生物技术中有重要应用价值，而且为发展其它的分析酶系统提供了一些新的技术思路和模式方法。　　

分子酶工程学的研究进展得益于蛋白质结构知识的增长。如今，越来越多的酶的三维结构被解析出来，成为重塑蛋白质分子的依据。然而，在现阶段，我们还不具有“设计”蛋白质的能力，这需要更加完备的结构生物学知识。　　

相对于其它各种功能蛋白质，酶的结构与功能研究还处于幼年期，在分析生物技术中的应用更是较晚，但已经展示出广阔的发展前景。另外两个值得关注的方向是抗体工程和抗体酶或催化抗体，它们在分析生物技术中具有潜在的贡献。