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武汉研究人员解读分子酶工程学与分析生物技术

2002-08-07

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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。

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