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分析用酶的分子操纵

周亚凤;张先恩

  酶,由于其特异而高效的催化作用,在生命活动中扮演重要角色。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(Molecular enzyme engineering)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。自1995年开始,我们利用蛋白质工程和基因工程技术,对一系列重要分析用酶进行 理性设计 和体外分子定向进化,或改变这些生物分子的天然属性,或构建各种新的酶分子系统或蛋白质系统,以开发可靠的生物传感或生物芯片等分析生物技术。本文重点介绍近期作者所在实验室的研究进展,包括:……