酶改性技术研究
多糖酶法改性研究进展
修 饰才 能 表现 出理 想 的生理 活性 。 多糖 还具 有许 多 反应 活 性 位 点 ， 如乙酰氨基、 氨
基、 羧 基 和一些 活 性 羟基 ， 可 以通 过 多种 化 学 反 应 对
其 进行 修 饰 。此外 ， 多羟 基结 构使 其 具 有 亲水 性 … 。 近年来 ， 主要通 过 物理 、 化 学 和 酶 催化 方 法 对 多 糖 进 行 改性 。物理 改性 方 式 主要 有 超 声 、 射线辐照 、 高 速 剪切 、 动态 高压 微 射 流等 ， 物 理 改 性 主要 针 对 多 糖 的 分 子量 或 流 变 学 特 性 进 行 修 饰 ， 一 般 不 涉 及 化 学 结
多糖 （ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｓ ａ ｃ ｃ ｈ ａ ｒ ｉ ｄ ｅ ） 是 由多 个 单 糖 分 子 缩 合 、 失 水而 成 的 高 分 子 碳 水 化 合 物 ， 可 用 通式 （ Ｃ Ｈ。 。 ０ ） 表示 。多糖在 自然 界广 泛 分 布 于 动植 物 和 微 生 物 中， 其 种 类众 多 。多 糖 作 为 一种 可 再 生 资 源 ， 具 有 成 本低 廉 、 生物 可 降解 、 无毒环保 、 功能丰富等优点。 在 生物 学 意 义 上 ， 多 糖 一 般 作 为 结 构 物 质 或 储 能 物
纸浆酶改性的研究进展
・论文与综述・纸浆酶改性的研究进展李武光,李新平,杜 敏(陕西科技大学造纸工程学院,陕西西安710021)[摘 要] 概述生物酶对纸浆改性研究进展。
介绍了纤维素酶、半纤维素酶、漆酶在降低打浆能耗,改善纸张物理性能,助漂等方面的机理及其研究进展。
[关键词] 酶;纸浆;改性;纤维 近十几年来,人们对生物技术在制浆造纸工业中的应用进行了大量的研究,其研究内容几乎涉及到制浆造纸工业的各个方面。
在这些研究中,有的处于实验室研究阶段,有的进行了中试,有的则已在生产中应用。
利用酶与纸浆纤维作用可以降低打浆能耗,改善成纸的某些性能,改善浆料的脱墨,助漂等。
本文就纸浆的纤维素酶、半纤维素酶、漆酶的酶改性的研究进行了综述。
1 纤维素酶纤维素酶由三类不同催化反应功能的酶组成,根据其催化功能的不同可分为:内切葡萄糖苷酶(endo21,42β2D2glucanase,EC3.2.1.4,来自真菌的简称EG,来自细菌的简称Cen),该类酶能随机地在纤维素分子内部降解β21,4糖苷键;外切葡萄糖苷酶(exo21,42β2D2glucanase,EC3.2.1.91,来自真菌的简称CB H,来自细菌的简称Cex),它能从纤维素分子的还原或非还原端切割糖苷键,生成纤维二糖;纤维二糖酶(32D2gluco sidase,EC3.2.1.21,简称B G),它把纤维二糖降解成单个的葡萄糖分子。
纤维素酶的作用机理:普遍接受的纤维素酶的降解机制是协同作用模型,见图1[1]。
在协同降解过程中,首先由Cx酶在纤维素聚合物的内部起作用,在纤维素的非结晶部位进行切收稿日期:2009-07-02作者简介:李武光(1984-),男,山东德州人,在读硕士研究生,陕西科技大学造纸工程学院,主要研究方向:纤维资源的制浆造纸特性与生物技术的应用。
图1 协同作用模型割,产生新的末端,然后再由C1酶以纤维二糖为单位,从末端进行水解,最后由B G酶将纤维二糖水解为葡萄糖。
研究酶改性技术对食品中多糖的改性效果
研究酶改性技术对食品中多糖的改性效果多糖是一类重要的生物大分子，在食品工业中具有广泛的应用。
然而，多糖的结构特性导致其在食品加工过程中可能出现一些问题，如黏性过高、溶解性差等。
为了改善多糖的性质，研究人员尝试利用酶改性技术对多糖进行改性。
酶改性技术是一种绿色、温和的改性方法，通过酶的特异性作用，可以在不破坏多糖结构的情况下改善其性质。
本文旨在探讨酶改性技术对食品中多糖的改性效果。
首先，酶改性技术在多糖改性中起着至关重要的作用。
酶是一种特异性生物催化剂，可以在较温和的条件下对多糖进行特异性作用，改变其结构和性质。
目前常用的多糖酶包括纤维素酶、淀粉酶、葡聚糖酶等。
这些酶在多糖改性过程中可以裂解多糖的聚合链、改变其分子结构，从而改善多糖的性质。
例如，纤维素酶可以裂解纤维素中的β-1,4-糖苷键，降低纤维素的结晶度，提高其溶解性和黏度，从而改善食品的口感和质地。
其次，酶改性技术对多糖的改性效果主要取决于酶的种类、用量、作用时间和温度等因素。
不同种类的酶对多糖的改性效果有所不同。
以淀粉为例，α-淀粉酶可以降低淀粉的粘性和黏性，增加淀粉的泡化性，改善食品的口感；而β-淀粉酶则可以降低淀粉的冷却后再结晶速度，减少淀粉的老化速度，延长食品的保质期。
在实际应用中，研究人员需要根据食品的特性和需求，选择合适的酶种类和条件，以达到最佳的改性效果。
此外，酶改性技术在食品工业中的应用也受到了广泛关注。
随着人们对食品品质和安全性要求不断提高，传统的食品加工工艺已经不能满足市场需求。
酶改性技术作为一种绿色、温和的改性方法，可以有效改善食品的质地、口感和营养价值，提高食品的竞争力。
近年来，不少食品企业已经开始引入酶改性技术，用于改善产品品质，推动食品产业的转型升级。
总的来看，酶改性技术对食品中多糖的改性效果具有重要意义。
通过合理选择酶种类和条件，可以有效改善多糖的性质，提高食品的品质和市场竞争力。
未来，随着酶改性技术的不断发展和完善，相信其在食品工业中将有更广泛的应用前景。
生物酶改性技术在制浆造纸中进展研究
２半 纤 维 素 酶 改性 应 用
半纤维素 占植物 干重 的 ３％左右 ， 自然界 中含 ５ 在 量仅 次 于纤维 素 。半 纤维 素 酶在 制浆 造 纸工 业 中的 研究 和应用 已经开始 得 到广泛 的关注， 半纤 维素 酶的 应 用 研究 已经 渗 透到 制浆 造 纸技 术 的许 多方 面 。半 纤 维 素酶 中包括 ：．，。 １１４聚木糖 酶和ｐ木糖 苷酶 ， 两 ３ 一 这
环境 污染 的大 户—造 纸 ， 成为各 国首脑 关注 的热 门 也
话题 。生 物酶改性 技术 最大优 点就是 污染 小 ， 能耗 且 低 、 应温 和等优点 。较 多研究 理论 已经证 明 ， 反 在酶
度的前提下 ， 可以明显地改善纸浆的滤水性能 ， 有利
于 车速 的提 高 。废 纸浆 和 机械浆 多 是用 作 配抄新 闻 纸 的原料 ， 因而这一 特 Ｉ应 用 于新 闻纸ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的生产将 具有 生 显 著 的经济 效益 。酶 作用改 善 了纸浆 的滤水性 能 ， 是 近十几 年来研 究 的热点 。研 究人员发 现 ， 墨西 哥和 在 美 国 的一 些 纸厂 中使 用商 品酶 Ｐ 和高分子 聚合物 处
摘 要 生物技术在造纸工业中的应用越来越广泛。文章介绍 了纤维素酶 ， 半纤维素酶， 木素降解酶在制浆造 纸 中的改性应用， 并对 未来应用 于制浆造纸工业的展 望。 关键词 纤维素酶 半纤维素酶 木素降解酶 改性
生物 技术 用 于造 纸 工业 具 有诱 人 的前 景 。造纸 工业用到 的生物 酶种类 主要有纤维 素酶 、 半纤维 素酶 、
展。 利用酶（ 主要是纤维素酶和半纤维素酶） 对纸浆纤
维进行改 性 ， 以在不损 害纤维 强度 的前提 下改善 纸 可
研究酶改性技术对食品中多糖的催化效果
研究酶改性技术对食品中多糖的催化效果酶改性技术是一种能够改变食品多糖结构和性质的方法。
通过使用特定的酶来催化食品中的多糖，可以改善其功能性、营养性和口感等特性，从而满足消费者对食品的不同需求。
多糖是一类由多个单糖分子通过糖苷键连接而成的大分子，包括淀粉、纤维素、果胶、半乳聚糖等。
由于多糖的结构复杂多样，常常会影响到其在食品中的性质和功能。
例如，淀粉的结晶度高、溶解度低，致使淀粉在食品中的加工和食用过程中难以消化吸收；果胶和半乳聚糖具有较高的粘稠度，影响食品的口感和流变特性。
因此，研究如何改变多糖的结构及其在食品中的性质具有重要的实际意义。
酶改性技术利用酶的催化活性和特异性来改变多糖的结构和性质。
常用的酶包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、纤维素酶等。
这些酶能够通过切割、降解、合成等反应，改变多糖的分子结构、分子量、分子链长度等。
例如，α-淀粉酶可以催化淀粉的水解降解，生成较短的糊精、糖芽等；β-淀粉酶能够降低淀粉的结晶度，提高其溶解性；果胶酶能够切割果胶分子链，降低果胶的粘稠度。
酶改性技术对食品中多糖的催化效果主要表现在以下几个方面：1. 改变多糖的溶解性和胶凝特性。
多糖的溶解性和胶凝特性是食品中常见的关键性质。
通过酶的作用，可以改变多糖的分子结构，降低其结晶度，提高其溶解度。
同时，酶还可以降解多糖的分子链，改变其粘稠度和胶凝特性。
例如，利用果胶酶处理果胶，可以降低果胶的粘稠度，增加果胶的溶解度，从而改善果胶对食品的质感和口感。
2. 改善多糖的稳定性和保存性。
多糖在食品加工和贮存过程中容易发生降解、水解、氧化等反应，导致食品变质。
酶改性技术可以降低多糖的分子量和分子链长度，减少多糖发生降解和水解的可能性，提高多糖的稳定性和保存性。
同时，酶还可以修饰多糖的表面结构，增强其抗氧化性，延长食品的货架期。
例如，利用酶催化淀粉的水解反应，生成较小分子量的淀粉糊精等，可以提高淀粉的稳定性和热稳定性。
3. 提高多糖的生物利用率和营养性。
油脂酶法改性研究进展
ห้องสมุดไป่ตู้『）酸 化 反 应 ３
ＣＯ０Ｈ
Ｒ ＯＣ ＯＲ ４ Ｒ Ｃ ＯＨ— Ｒ ＣＯＲ ＋Ｒ － Ｏ Ｏ
（）醇 化反 应 ：Ｒ Ｏ ＯＲ＋Ｒ ＯＨ一 ＯＣ ４ Ｃ ＯＲ４Ｒ ＯＨ －
ｆ１酯 交换 反 应 ：Ｒ Ｏ ＯＲ ＋Ｒ ＯＣ ５ Ｃ ＯＲ Ｒ。 ＯＲ ＋ ＯＣ
关键词
油脂改性
脂肪酶
酶促反应体 系
Ｐ Ａ 结构油脂 ＵＦ
中 图分类号 ：Ｔ ２ １ Ｓ ２
文献标识码 ：Ａ
油脂 在 自然 界中广泛存存 ， 按其 来源分 为动 物脂 ， 植物 油、 微生物 油腊。 同前， 世界商用油脂 的年 产量在 】 亿吨左 右． 其中 ８ ％ 用于食用 ，４ 用 ｊ油脂 化工 ， ０ 】％ ： 主要 生产 肥皂 和其 它表面 活性 剂 ， 只有 ６ 用作饲料。因此 ， ％ 油脂的营养
脂肪 酶既能催 化油 脂水解成 部分ｔ 油酯 或甘油 与脂肪 『 酸， 也能催化酯化和 酯交换反应 ， 这主要取决 于所处 的反应 体系。
表 】 几种典型 脂肪 酶催化特性
与化学 南法相 比较 ， 酶促反应具 有反应 条件温和、 底物专一
眭强、 化效率 高． 催 产物得 率和纯度高、 产品颜色浅等优点 ． 并且可 利用 酶对底物 的专 一性 来准确地控制 反应产 物的异 构体形式和旋光性。 油脂酶 法 改性就是 利用 脂肪 酶 （ ｉａｅＥ ） Ｌ ｐ ｓ Ｃ ３】Ｉ 选 ３ 择 眭地催 化甘油 酯的分解或合成 ， 从而改变油脂 的结构和组 成， 提高油脂的营养性和适 用性 。对 油脂酶法改性的研究集 中于对适 宜的专 一性脂肪酶的选择、 酶促反应体系的建立和 高营 养 眭脂肪醣 的富 集、 脂结 构化 处理等。 油
研究酶改性技术对食品中蛋白质结构的改变
研究酶改性技术对食品中蛋白质结构的改变酶改性技术是一种广泛应用于食品工业的技术，通过对蛋白质进行化学或生物学改变，以改善食品的质地、口感和营养价值。
在食品加工过程中，酶改性技术已经被证明是一种有效的方法，可以改变食品中蛋白质的结构，从而提高其功能性和稳定性。
蛋白质是构成食品的重要组成部分，也是人体生长发育和维持正常生理功能所必需的营养物质。
在食品加工过程中，蛋白质的结构可能会发生变化，导致食品的品质下降。
酶改性技术能够通过改变蛋白质的结构，使其在加工和储存过程中更加稳定，从而提高食品的品质和营养价值。
在酶改性技术中，最常用的酶包括蛋白酶、酶解脂肪酶和多糖酶等。
这些酶可以通过特定的条件和方法，对食品中的蛋白质进行特定的作用，从而改变其结构和性质。
例如，蛋白酶可以裂解蛋白质的肽键，使其分子量降低，从而改善食品的口感和可溶性；酶解脂肪酶可以降解食品中的脂肪，改善其保存稳定性；多糖酶可以降解食品中的多糖，增加其可溶性和稳定性。
通过酶改性技术，可以实现对食品中蛋白质结构的有针对性调控。
研究表明，酶改性技术可以改变食品中蛋白质的构象、功能性和组成，从而提高其加工性能和营养价值。
例如，酶改性技术可以使蛋白质在酸性条件下更加稳定，抑制氧化和失活反应；还可以改善蛋白质的抗氧化性和乳化性，增加食品的口感和口感。
此外，酶改性技术还可以改变食品中蛋白质的亲水性和疏水性，影响其在食品体系中的作用机制。
通过对蛋白质结构的改变，可以调控食品的黏度、流变性和口感，进而满足消费者对食品品质和口感的需求。
因此，酶改性技术对食品加工行业具有重要意义，可以帮助食品生产企业提高产品质量和竞争力。
然而，酶改性技术对食品中蛋白质结构的改变也存在一些挑战和限制。
首先，在酶改性技术的应用过程中，需要选择适当的酶种和工艺条件，以实现对蛋白质结构的有效调控。
此外，酶改性技术可能会导致蛋白质的部分失活或聚集，降低其功能性和生物活性。
因此，在使用酶改性技术时，需要综合考虑蛋白质的结构和性质，以避免不必要的损失和影响。
乳清蛋白的酶法改性研究
速 为 ０８ｍＬ／ ｉ；二 极 管 阵列 检 测器 ，检测 波 长 ： ． ｍｎ ２５ｎ １ ｍ；柱温 ：３ ０ｏ Ｃ；进样 量 ：１ ／ 。 ０． ｔ Ｌ 水 解度 的测定 采用 甲醛滴 定法 。 蛋 白酶 活力 的测定 采用 紫外 分光光 度法 。
１ ． 乳 清蛋 白水解 工艺 流程 ．１ ３ 选 取 碱性 蛋 白酶 、风 味蛋 白酶 、木 瓜 蛋 白酶 、
测得 各 蛋 白酶 的 活力 见 表 ３ 。酶 活是 反 应 酶水 解底 物 的能力 ，本试 验 对各 种 蛋 白酶 的考 察均 按相
中性蛋 白酶、复合蛋 白酶 、胰蛋 白酶、 胃蛋 白酶 ７ 种蛋 白酶在各 自最适的条件下进行水解 ， 水解条件
１一 ｇ ３ Ｌ． Ｋｅ ｗ ｒ ｓ ｈｙ ｐｏ ｉ； ａ－ ａｔ ｂ ｍ ｎ Ｂ－ ａｔ ｌｂ ｌ ；ｐｏ ｏｙｉ；Ｈ Ｌ ｙ ｏ ｄ ｗ ｅ ｒｔ ｎ ｔ Ｌ ｃ ｌｕ ｉ ； ｅ ａ Ｌ ｃｏ ｏｕｉ ｇ ｎ ｒｔ ｌｓ ｅ ｓ ＰＣ
中图分 类号 ：ｓ ５ ． Ｔ ２２４ ２
品科 学专业 ， 助理工 程师 。 ｝ 石金波 。 通讯作者 ： ｍ ｈｓｉｎ ｏ０ ９ ６ ． ｍ Ｅ Ｍ ｈ ｉ ２ ０ ＠１ ３ ｏ ． ｊｂ ｃ 收稿 日期 ：２ １ － ７ ０ ０ １０ — ５
分泌 不足 患者 、老年 人 、运 动员 、肥 胖 症 患者 、婴
儿等特殊人群需要。 本文采用几种 最常用的蛋 白酶水解 乳清蛋 白 ，通 过ＨＬ Ｐ Ｃ方法测定 水解 产物 中 Ｏ— ａ Ｂ— Ｓ ｔＬ 和 Ｌ 含量 ， 以这两种蛋 白的水解速率 为指标 ，筛选 出最快酶解
ｐ Ｈ
温度
℃
碱 性 蛋 白酶 风 味 蛋 白酶 木 瓜 蛋 白酶
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第 10期
郭 勇: 酶改性技术研究
1 45
究 [ 22] , 取得显著成果, 已经进行工ห้องสมุดไป่ตู้生产试验.
4 酶定向进化研究
酶的定向进化技术是模拟自然进化过程 ( 自然 突变和自然选 择 ) , 在体外选择得到具有优良催化特性的酶的突变体 的技术过程.
为了改进酶的催化特性, 国内外许多科技工作 者进行了一系列研究, 取得了显著的成果. 2005年 9 月高等教育出版社出版的国家生物技术与生物工程 专业教学指 导委员 会规划 教材 酶 工程原 理与技 术 一书中, 笔者首次提出酶改性的概念, 酶改性是 通过各种方法使酶的催化特性得以 改进的技术过 程 [ 1] , 酶改性技术主要包 括酶分子修饰技 术、酶固 定化技术、酶非水相催化技术和酶定向进化技术等. 这里仅对笔者等人二十多年来在酶改性技术方面的 研究成果和进展作简单的介绍, 以期为酶改性技术 的研究和应用的进一步发展提供借鉴.
酶定向进化具有下列显著 特点: ( 1) 酶的定向 进化不需要事先了解酶的结构、催化功能、作用机制 等有关信息, 应用面广; ( 2) 通过 DNA 重排、易错聚 合酶链反应 PCR、全基因组重排等技术, 在体外人为 地进行基因的随机突变, 短时间内可以下进行定向选择, 进化方向明确、目的 性强、效果显著.
分子修饰、酶固定化、酶非水相催化、酶定向进化等酶改性技术的研究, 发现通过酶的改
性, 可以显著改进酶活力和稳定性. 文中对笔者及其所在课题组在酶改性技术方面的研究
成果和进展作了介绍.
关键词: 酶改性; 酶分子修饰; 酶固定化; 酶非水相催化; 酶定向进化
中图分类号: Q 814
文献标识码: A
随着工业生物技术和酶工程的不断发展, 酶的 应用越来越普遍, 酶作为生物催化剂具有催化效率 高、催化专一性强、作用条件温和等显著特点, 但是 在酶的应用中, 也发现酶存在活力不够高、稳定性较 差等弱点, 未能满足应用的要求.
3 酶非水相催化研究
酶在非水介质中进行的催化作用称为酶的非水 相催化.
1984年, 克利巴诺夫等人在有机介质中进行了 酶催化反应的研究, 他们成功地利用酶在有机介质 中的催化作用, 获得酯类、肽类、手性醇等多种有机 化合物, 且对酶在非水介质中的催化作用研究方面 取得了突破性进展.
与水溶液中酶的催化相比, 酶在非水介质中的催 化具有提高非极性底物或产物的溶解度、进行在水溶 液中无法进行的合成反应、减少产物对酶的反馈抑制 作用、提高手性化合物不对称反应的对映体选择性等 显著特点, 具有重要的理论意义和应用前景.
笔者等人进行了有机介质中脂肪酶催化外消旋 苯甘氨酸甲酯对映体氨解反应的研究 [ 19 21 ] , 苯甘氨 酸的单一对映体 ( R 苯甘氨酸 ) 及 其衍生物是半合 成 !内酰胺类抗生素, 如氨苄青霉素、头孢氨苄、头 孢拉定等的重要中间体, 有重要应用价值. 为了获得 较高的单一对映体的产率, 必须提高反应的对映体 选择性. 为此, 我们在选择得到具有较高反应活性和 对映体选择性的脂肪酶的基础上, 经过反应条件优 化, 在叔丁醇介质中通过不对称氨解反应, 拆分得到 单一对映体, 转化率达 88% , 对映体过剩 值 ( ee% ) 达到 85% . 研究结果还表明, 利用 优势对映体对酶 进行诱导处理, 可使氨解反应的对映体选择性提高, 利用苯甲醛为外消旋剂对劣势对映体进行原位消旋 化, 可有效地提高反应速度和产物的光学纯度. 笔者 等人还利用一种新型的脂肪酶进行植物油脱胶的研
著提高酶活力, 增强酶的稳定性, 并且可以连续使用 一段较长的时间, 提高了酶的利用价值.
在固定化酶研究的基础上, 笔者等人在国内率 先开展固定化细胞生产 淀粉酶、糖化酶、果胶酶
等胞外酶的研究 [ 9 14 ] , 并获得国家自然科学基金项 目的资助, 到美国爱达荷大学 ( U niversity of Idaho)
文章编号: 1000 565X ( 2007) 10 0143 04
酶改性技术研究
郭勇
(华南理工大学 生物科学与工 程学院, 广东 广州 510640)
摘 要: 酶具有催化效率高、催化专一性强等显著特点, 然而, 酶的活力和稳定性往往不
能满足应用的要求. 为了改进酶的催化特性, 笔者及其所在课题组 20 多年来长期进行酶
酶定向进化是当今酶工程的研究热点, 笔者等 人正在进行豆豉纤溶酶 ( DFE ) 的定向进化研究, 纤 溶酶是一类催化血纤维蛋白水解, 从而使血栓溶解 的酶, 在防治血栓性心脑血管疾病方面有重要应用 价值. 我们从广东阳江等地出产的豆豉及其半成品 中分离得到产纤溶酶的微生物, 通过诱变, 筛选获得 纤溶酶高产菌株 ( 如图 2所示 ).
采用此菌株进行发酵工艺条件优化和分离纯化 研究, 获得了对血栓具有溶解活性的纤溶酶, 由于生 产菌株来源于豆豉, 故称为豆豉纤溶酶. 我们对该酶 进行定向进化研究, 以期进一步改进其催化特性, 为 该酶的生产和应用创造条件, 已经取得阶段性研究 成果.
图 2 豆豉纤溶酶生产菌及其突变株 的溶纤活性 F ig. 2 F ibrino ly tic ac tiv ity of DFE producing bacteria and
m utants 1∀ 豆豉纤溶酶生产菌 DC 12; 2∀ 突变株 D C 12N 8; 3∀ 突变株 DC 12N 10; 4∀ 尿激酶
5 结语
综上所述, 酶改性技术对于酶催化特性的改进 具有显著的效果, 可以提高酶活 力, 增强酶 的稳定 性, 改变酶的底物专一性和对映体选择性, 降低或消 除酶的抗原性, 有利于连续生产, 可以显著提高催化 效率, 甚至获得新的酶种, 提高酶的应用价值. 进一步 发展酶改性技术的研究和应用, 对于酶工程和工业生 物技术的发展具有重要的理论意义和应用价值.
笔者等人针对某些酶在应用方面存在的某些不 足进行了酶分子修饰的研究, 取得了显著效果 [ 3 5] , 例如, 采用右旋糖酐修饰木瓜蛋白酶, 使该酶的稳 定性大大增强; 采用单甲氧基聚乙二醇 ( M PEG1 ) 修 饰木瓜凝乳蛋白酶, 使酶的抗原性显著降低, 延长了 酶的半衰期, 增强了酶的 pH 稳定性和热稳定性; 利 用基因定位突变技术对豆豉纤溶酶进行氨基酸置换 修饰, 使酶活力显著提高等.
1 酶分子修饰研究
酶分子完整的空间结构赋予酶各种催化特性, 酶分子空间结构的改变将引起酶催化特性的改变.
通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变,
收稿日期: 2007 03 01 作者简介: 郭勇 ( 1942 ), 男, 教授, 博士生 导师, 主要 从事 生物 工程、生物化 学与分 子生物 学研究. E m a i:l feyguo@ scu t. edu. cn
第 35卷 第 10期 2007年 10月
华南理工大学学报 ( 自然科学版 ) Journa l o f South C hina U niversity o f T echno log y
( N atura l Science Edition)
V o .l 35 N o. 10 O ctober 2007
酶工程 , 酶工程原理与技术 等教材中. 在国家自然科学基金项目的资助下, 笔者等人
在国内外首次进行了固定化原生质体生产碱性磷酸 酶、葡 萄 糖 氧 化 酶、谷 氨 酸 脱 氢 酶 等 胞 内 酶 研 究 [ 15 18] . 结果表明, 固定化原 生质体由于解 除了细 胞壁的扩散障碍, 可以使胞内酶不断地分泌到细胞 外, 有利于酶的分离纯化, 可以反复或者连续使用, 为胞内酶的生产开辟了崭新的途径.
数计, g /L; 为细胞比生长速率, 1 / h; 为生长偶联
的比产酶系数, 以每克干细胞产酶的单位数计, U /g; !为非生长偶联的产酶速率, 以每小时每克干细胞产
酶的单位数计, U / ( h! g); E 为酶浓度, 以每升发酵 液中所含的酶单位数计, U /L; t 为时间, h.
F ig. 1
研究表明, 通过酶的定向进化, 可以显著提高酶 活力、增加酶的稳定性、改变酶的底物特异性等, 例 如: 1993年, K. Q. Chen 等 [ 23] 通过易错 PCR 技术进 行定向进化, 使枯草杆菌蛋白酶在 60% 的二甲基甲 酰胺 ( DM F )中进行非水相催化的活力提高 157倍; 1994年, W. P. C. Stemm er[ 24] 通过 DNA 重排技术进 行定向进化, 使 !- 内酰胺酶的活力提高 32 000倍; 2000年, L. J. W ang等 [ 25 ] 用易错 PCR 技术进行定向 进化, 使天冬氨酸酶的米氏常数 K m 降低 4 6倍, 大 大提高了 酶与 底物的 亲和力, 酶 活力提 高 28 倍; 2004年, A. A haron i等 [ 26] 用基因家族重排技术进行 定向进化, 使大肠杆菌磷酸酶对有机磷酸酯的活力 提高 40倍, 同时使该酶对有机磷酸酯的特异性提高 2 000倍.
从而改变酶的某些特性和功能的技术过程称为酶分 子修饰 [ 1 2] . 酶分子修饰是 根据酶分子的结 构特点 和催化特性, 通过合理设计对酶进行改造, 获得具有 新的催化特性的酶. 研究结果表 明, 通过酶 分子修 饰, 可以提高酶活力, 增加酶的稳定性, 改变酶的底 物专一性, 消除或降低酶的抗原性等. 故此, 酶分子 修饰技术已经成为酶工程中具有重要意义和应用价 值的研究、开发领域. 尤其是 20世纪 80年代中期发 展起来的蛋白质工程, 已把酶分子修饰与基因工程 技术结合在一起, 通过基因定位突变技术, 可以对组 成酶分子的氨基酸或核苷酸进行置换修饰, 并把酶 分子修饰后的信息存于 DNA之中, 经过基因克隆和 表达, 就可以通过生物合成的方法不断获得具有新 的特性和功能的酶, 使酶工程展现出更广阔的前景.
图 1 固定化细胞生长和产酶曲线 Curv es o f ce ll g row th and enzym e production w ith imm obilized ce lls