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生物酶工程與化學(xué)酶工程

時(shí)間:2012-8-27閱讀:1071
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生物酶工程是近年發(fā)展起來的新的學(xué)科領(lǐng)域,其基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物信息學(xué)。是利用蛋白質(zhì)超分子結(jié)構(gòu)知識(shí),采用基因工程和蛋白質(zhì)工程手段,對(duì)天然酶實(shí)施定向改造和體外分子操作,在開發(fā)新型和高質(zhì)量分析酶試劑等方面意義重大。生物酶工程是酶學(xué)原理和現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,主要任務(wù)是:①利用微生物、動(dòng)植物細(xì)胞作為生物反應(yīng)器大量生產(chǎn)酶。目前已成功地生產(chǎn)出100多種酶。②通過基因工程技術(shù),使酶基因發(fā)生定位突變,產(chǎn)生遺傳性修飾酶(突變酶)。③合成自然界不存在的新酶。雖然生物酶工程技術(shù)的發(fā)展尚處在幼年時(shí)代,但它將開創(chuàng)從分子水平根據(jù)遺傳設(shè)計(jì)藍(lán)圖創(chuàng)造出超自然生物機(jī)器的新時(shí)代。

 
    生物酶工程的研究進(jìn)展得益于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)的增長。如今,越來越多的酶的三維結(jié)構(gòu)被解析出來,成為重塑蛋白質(zhì)分子的依據(jù)。然而,在現(xiàn)階段我們還不具有“設(shè)計(jì)”蛋白質(zhì)的能力,這需要更加完備的結(jié)構(gòu)生物學(xué)知識(shí)。相對(duì)于其他各種功能蛋白質(zhì),酶的結(jié)構(gòu)與功能研究還處于幼年期,在分析生物技術(shù)中的應(yīng)用則更晚,但已經(jīng)展示出廣闊的發(fā)展前景。另外兩個(gè)值得關(guān)注的方向是抗體工程和抗體酶或催化抗體,它們將在分析生物技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。
 
    化學(xué)酶工程包括:①自然酶,是指由生物材料中分離出來的酶,主要靠微生物發(fā)酵生產(chǎn),應(yīng)用于工業(yè)和醫(yī)學(xué)。②化學(xué)修飾酶,是通過對(duì)酶分子實(shí)行“手術(shù)”以達(dá)到改構(gòu)和改性的目的,又稱“生物分子工程”,主要用于基礎(chǔ)酶學(xué)研究和疾病治療。③固定化酶,是將酶分子通過吸附、交聯(lián)、包埋及共價(jià)鍵結(jié)合束縛于某種特定支持物上而發(fā)揮酶的作弓:具有能反復(fù)使用、產(chǎn)物易純化、可用微電腦控制,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。④人工合成酶,是根據(jù)酶的催化原理,模擬酶的催化功能,用化學(xué)方法合成具有專一性的催化劑。當(dāng)前化學(xué)酶工程正在工業(yè)與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益。
 
    在當(dāng)今日新月異的生物技術(shù)中,酶工程的主要任務(wù)在于:①分解天然大分子如纖維素、木質(zhì)素等,使低分子有機(jī)物聚合、檢測(cè)與分解有毒物質(zhì)及廢物綜合利用等的新酶開發(fā)。②利用基因工程技術(shù)開發(fā)新酶種和提高酶產(chǎn)量。③固定化酶和細(xì)胞、固定化多酶體系及輔因子再生,特定生物反應(yīng)器的研究和應(yīng)用。④利用生物細(xì)胞(組織)研究酶傳感器。⑤酶的非水相催化技術(shù),酶分子修飾與改造以及酶型催化劑人工合成的研究與應(yīng)用。

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