・７８・
科技论坛
酶工程的新研究及应用进展
康从玲
’
ｆ萝北县引进人才管理中心，黑龙江萝北１５４２００）
摘要：所谓酶工程就是酶的生产和应用。在预先设计的指导下，经过人工的操作来生产大量的酶。为了能够使酶的催化功能发挥到最大，往往采用各种方法。文章通过对在分子水平的酶工程研究进展的阐述，展示酶工程在各个领域的应用，并展望其未来的发展。
关键词：酶工程；分子酶工程；应用１分子酶的研究进展
分子酶工程学就是采用基因工程和蛋白质工程的方法和技术，研究酶基因的克隆和表达、酶蛋白的结构与功能的关系以及对酶进行再
由山梨醇和葡萄糖生产维生素及丙烯酰胺的生产也采用酶工程的方法。
乞Ｍ生产核苷酸类药物
腺嘌呤核苷酸（ＡＭＰ）Ｉ扫产蛋白假丝酵母菌体用热水提取核酸，再经核酸酶水解制得。脱氧核苷酸由鱼白提取脱氧核糖核酸（ＤＮＡ）后，经
设计和定向加工以发展更优良的新酶或新功能酶。
１．１酶分子的定向改造和进化
分子酶工程没汁可以采用定点突变和体外分子定向进化两种方式对天然酶分子＝进行改造。体外定向进化是近几年新兴的一种蛋白质改造策略，可以在尚不知道蛋白质的空间结构，或者根据现有的蛋白质结
５’一磷酸＝酯酶酶解制得。先由富含核酸的动植物浇粉等耀取核糖核
酸（ＲＮＡ）＇再用５’一磷酸二酯酶酶解为磷酸腺苷（ＡＭＰ）、磷酸胞苷（ｃＭＤ、磷酸尿苷（ＵＭＰ）及磷酸鸟苷（ＧＭＰ）ｆｆ，］得混合核苷酸。肌苷酸由腺苷脱氨酶制得。ＡＴＰ和ＡＭＰ分别由氨甲酰磷酸激酶、激酶加乙酸激酶制得。
２３在污染治理中的应用
２．３．１辣根过氧化物酶
辣根过氧化物酶是酶处理废水领域中应用最多的一种酶。有过氧化氢存在时，它能催化氧化多种有毒的芳香族化合物，其中包括酚、苯胺、联苯胺及其相关的异构体反应产物是不溶于水的沉淀物。
２３２木质素过氧化物酶
木质索过氧化物酶，也叫木质索酶，是Ｐｈａｎｅｒ∽，ｈａｅｔｅｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ白腐真菌细胞酶系统的一部分。它可以处理很多难降解的芳香族化合物和氧化多种多环芳烃、酚类物质。
２３３漆酶
构知识尚不能进行有效的定点突变时措鉴实验室手段在体外漠拟自然
进化的过程佩觏突变、重组和选择Ｘ使基因发生大量变异，并定向选择
出所需性质或功能，从而使兀百万年的自然进化过程在短期内得以实
现。此目前采用体外分子定向进化的方法来改造酶蛋白的研究越来越
多并已在短短几年内取得了令人瞩目的成就易错ＰＣＲ和ＤＮＡ改组
就是其中２种方怯。
１２融合蛋白与融合酶
蛋白质的结构常常可以允｛锕影卜结构域的插入与融合。ＤＮＡ重组
技术的发展与应用使不同基因或基因片段的融合可以方便地进行融合
蛋白经合适的表达系统表达后，即可获得由不同功能蛋白拼合在一起而形成的新型多功能蛋白。目前，融合蛋白技术已被广泛应用于多功能工
程酶的构建与研究中井已显现出较高的理论及应用价值。随着基因组、
后基因组时代的到来和重组酶生产技术的开发，必将会有大量的、新的酶蛋白被人类发现。
１３酶的人工模拟
漆酶由—些真菌产生通过聚合反应去除有毒酚类。而臣由于它的
非选择性。能同时减少多种酚类的含量。漆酶的去毒功能与被处理的特定物质、酶的来源及—些环境有关。
２．３．４氰化物酶
氰化物酶氰化物酶能把氰化物转变为氨和甲酸盐，因此是一步反应历程。一种革兰氏阴性菌，可产生氰化物酶，该酶有很强的亲合力和稳定
模拟酶是根据酶作用原理用人工方法合成的具有活性中心和催
化作用的非蛋白质结构的化合物。它们—般都具高效和高适应性的特点，在结构上比天然酶简单；由于不含氨基酸，其热稳定性与ｐＨ稳定性都大大优于天然酶。目前用于构建模拟酶的模型有环糊精、冠醚、卟啉抗体酶和分子印迹等。
２酶工程的应用进展
２ｌ活性多肽的开发研究
性沮能处理的氰化物质量浓度低于Ｏ．０２ｍｇ／Ｌｏ
２．３．５蛋白酶
蛋白酶是—类水解酶在鱼、肉加工工业废水处理中得到了广泛应
用。蛋白酶能使废水中的蛋白质水解，ｉ导到可回收的溶液或有营养价值的饲料。
２．３．６微生物脂酶
脂酶应用于被污染环境的生物修复以及废物处理是—个新兴的领域。石油开采和炼制过程中产生的油泄漏，脂加工过程中产生的含脂废物，都可以用不同来源的脂酶进行有效处理。一项日本专利报道了直接在废水中培养亲脂微生物来处理废水。脂酶在生物修复受污染环境中获得了广泛的应用。
３酶工程的发展前景
近年来人们利用酶工程技术来开发功能性活性肽取得了很大的
进展。生物活性肽是蛋白质中２０种天然氨基酸以不同排列组合方式构成的从二肽到复杂的线性或环形结构的不同肽类的总称＇是源于蛋白质的多功能化合物。活性肽具有多种人体代谢和生理调节功能，易消化吸ＩＩ殳，有促进免疫、激素调节、抗菌、抗病毒、降血压、降血脂等作用，且食用安全性极高。生物活性肽主要是通过化学法或酶法降解蛋白质而制得。其中，酶法降解蛋白质生产活性多肽安全性极高，能在温和的条件下进
行定位水解分裂产生特定的肽且水解过程易控制，因而近几年报道的
活性肽的制备方法皆为酶解法。目前已从酪蛋白、乳清蛋白、大豆蛋白、玉米蛋白、水产蛋白的酶解物中制得一系列功能各异的生物活性肽。
２－２酶工程在医药方面的研究进展
２．２．１生产抗生素
应用酶工程可以制备６－ＡＰＡ［青霉素酰化酶ｌ、７－ＡＣＡ［－头孢菌素
随着酶工程的发展周前已知的酶已不能满足人们的需要研究和
开发新酶已成为酶工程发展的前沿课题。新酶的研究与开簏除采用常用技术外还可借助基因组学和蛋白质组学的最新知识腊助ＤＮＡ重排
和细胞、噬菌体表面展示技术。目前最令人瞩目的新酶有核酸类酶、抗体酶和端粒酶等。
酶在医药、食品、轻工、化工和环保等领域应用广泛。充分发挥酶的催化功能、扩大酶的应用范围、提高酶的应用效率是酶工程应用研究的
酰化酶】、头孢菌素Ⅳ涝施菌素酰化醐、７一ＡＤＣＡＥ［青霉素Ｖ酰化酶】、
脱乙酰头孢菌鞠头孢菌素乙酸酯酶ｌ近年来还进行固定化产黄青霉细
主要目标。要实现酶的高效应用滁了掌握酶反应动力学特性这一前提
ｇ搴／牛－以外砸；必须采用新的固定化、分子修饰和非水相催化等技术。目前酶的价格仍较高，故它不适于处理高浓度污染物，而适于处理低浓度、高毒性污染物。酶处理有着广阔的应用前景。酶反应副产物的
胞生产青霉素的研究合成青霉素和头孢菌素前体物的最新工艺也采用
酶工程的方法。
２２．２生产氨基酸和有机酸
生产尿酐酸、Ｌ＿酪氨酸及Ｌ－多巴、Ｌ．天冬氨酸、Ｌ－苯丙氨酸、Ｌ－谷氨酸、Ｌ－丝氨酸、Ｌ＿色氨酸、天冬酰胺、谷胱甘肽等有机酸。
’
特征和稳定化、反应残余物的处理、处理费用问题瞄顽深人研究。
参考文献
【１１唇乃琥２ｌ世纪酶工程研究的新动向Ⅱｌ工业微生物，２００１，３１（１）：３７＿４５．
２２．３生产维生素
制造２一酮基一Ｌ．古龙糖酸仙梨糖脱氢酶及Ｉ一山梨糖醛氧化
１２］胃ｔ祥，胡兴，邹国林．酶工程技术与进展田化学与生物工程’２００３簸），事刁．
醐、肌醐肌醇合成醐、Ｌ－肉毒碱ＥＮ碱酯酶、ＣｏＡ［ＣｏＡ合成酶系謦。
万方数据
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酶工程的新研究及应用进展
康从玲
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ｆ萝北县引进人才管理中心，黑龙江萝北１５４２００）
摘要：所谓酶工程就是酶的生产和应用。在预先设计的指导下，经过人工的操作来生产大量的酶。为了能够使酶的催化功能发挥到最大，往往采用各种方法。文章通过对在分子水平的酶工程研究进展的阐述，展示酶工程在各个领域的应用，并展望其未来的发展。
关键词：酶工程；分子酶工程；应用１分子酶的研究进展
分子酶工程学就是采用基因工程和蛋白质工程的方法和技术，研究酶基因的克隆和表达、酶蛋白的结构与功能的关系以及对酶进行再
由山梨醇和葡萄糖生产维生素及丙烯酰胺的生产也采用酶工程的方法。
乞Ｍ生产核苷酸类药物
腺嘌呤核苷酸（ＡＭＰ）Ｉ扫产蛋白假丝酵母菌体用热水提取核酸，再经核酸酶水解制得。脱氧核苷酸由鱼白提取脱氧核糖核酸（ＤＮＡ）后，经
设计和定向加工以发展更优良的新酶或新功能酶。
１．１酶分子的定向改造和进化
分子酶工程没汁可以采用定点突变和体外分子定向进化两种方式对天然酶分子＝进行改造。体外定向进化是近几年新兴的一种蛋白质改造策略，可以在尚不知道蛋白质的空间结构，或者根据现有的蛋白质结
５’一磷酸＝酯酶酶解制得。先由富含核酸的动植物浇粉等耀取核糖核
酸（ＲＮＡ）＇再用５’一磷酸二酯酶酶解为磷酸腺苷（ＡＭＰ）、磷酸胞苷（ｃＭＤ、磷酸尿苷（ＵＭＰ）及磷酸鸟苷（ＧＭＰ）ｆｆ，］得混合核苷酸。肌苷酸由腺苷脱氨酶制得。ＡＴＰ和ＡＭＰ分别由氨甲酰磷酸激酶、激酶加乙酸激酶制得。
２３在污染治理中的应用
２．３．１辣根过氧化物酶
辣根过氧化物酶是酶处理废水领域中应用最多的一种酶。有过氧化氢存在时，它能催化氧化多种有毒的芳香族化合物，其中包括酚、苯胺、联苯胺及其相关的异构体反应产物是不溶于水的沉淀物。
２３２木质素过氧化物酶
木质索过氧化物酶，也叫木质索酶，是Ｐｈａｎｅｒ∽，ｈａｅｔｅｃｈｒｙｓｏｓｐｏｒｉｕｍ白腐真菌细胞酶系统的一部分。它可以处理很多难降解的芳香族化合物和氧化多种多环芳烃、酚类物质。
２３３漆酶
构知识尚不能进行有效的定点突变时措鉴实验室手段在体外漠拟自然
进化的过程佩觏突变、重组和选择Ｘ使基因发生大量变异，并定向选择
出所需性质或功能，从而使兀百万年的自然进化过程在短期内得以实
现。此目前采用体外分子定向进化的方法来改造酶蛋白的研究越来越
多并已在短短几年内取得了令人瞩目的成就易错ＰＣＲ和ＤＮＡ改组
就是其中２种方怯。
１２融合蛋白与融合酶
蛋白质的结构常常可以允｛锕影卜结构域的插入与融合。ＤＮＡ重组
技术的发展与应用使不同基因或基因片段的融合可以方便地进行融合
蛋白经合适的表达系统表达后，即可获得由不同功能蛋白拼合在一起而形成的新型多功能蛋白。目前，融合蛋白技术已被广泛应用于多功能工
程酶的构建与研究中井已显现出较高的理论及应用价值。随着基因组、
后基因组时代的到来和重组酶生产技术的开发，必将会有大量的、新的酶蛋白被人类发现。
１３酶的人工模拟
漆酶由—些真菌产生通过聚合反应去除有毒酚类。而臣由于它的
非选择性。能同时减少多种酚类的含量。漆酶的去毒功能与被处理的特定物质、酶的来源及—些环境有关。
２．３．４氰化物酶
氰化物酶氰化物酶能把氰化物转变为氨和甲酸盐，因此是一步反应历程。一种革兰氏阴性菌，可产生氰化物酶，该酶有很强的亲合力和稳定
模拟酶是根据酶作用原理用人工方法合成的具有活性中心和催
化作用的非蛋白质结构的化合物。它们—般都具高效和高适应性的特点，在结构上比天然酶简单；由于不含氨基酸，其热稳定性与ｐＨ稳定性都大大优于天然酶。目前用于构建模拟酶的模型有环糊精、冠醚、卟啉抗体酶和分子印迹等。
２酶工程的应用进展
２ｌ活性多肽的开发研究
性沮能处理的氰化物质量浓度低于Ｏ．０２ｍｇ／Ｌｏ
２．３．５蛋白酶
蛋白酶是—类水解酶在鱼、肉加工工业废水处理中得到了广泛应
用。蛋白酶能使废水中的蛋白质水解，ｉ导到可回收的溶液或有营养价值的饲料。
２．３．６微生物脂酶
脂酶应用于被污染环境的生物修复以及废物处理是—个新兴的领域。石油开采和炼制过程中产生的油泄漏，脂加工过程中产生的含脂废物，都可以用不同来源的脂酶进行有效处理。一项日本专利报道了直接在废水中培养亲脂微生物来处理废水。脂酶在生物修复受污染环境中获得了广泛的应用。
３酶工程的发展前景
近年来人们利用酶工程技术来开发功能性活性肽取得了很大的
进展。生物活性肽是蛋白质中２０种天然氨基酸以不同排列组合方式构成的从二肽到复杂的线性或环形结构的不同肽类的总称＇是源于蛋白质的多功能化合物。活性肽具有多种人体代谢和生理调节功能，易消化吸ＩＩ殳，有促进免疫、激素调节、抗菌、抗病毒、降血压、降血脂等作用，且食用安全性极高。生物活性肽主要是通过化学法或酶法降解蛋白质而制得。其中，酶法降解蛋白质生产活性多肽安全性极高，能在温和的条件下进
行定位水解分裂产生特定的肽且水解过程易控制，因而近几年报道的
活性肽的制备方法皆为酶解法。目前已从酪蛋白、乳清蛋白、大豆蛋白、玉米蛋白、水产蛋白的酶解物中制得一系列功能各异的生物活性肽。
２－２酶工程在医药方面的研究进展
２．２．１生产抗生素
应用酶工程可以制备６－ＡＰＡ［青霉素酰化酶ｌ、７－ＡＣＡ［－头孢菌素
随着酶工程的发展周前已知的酶已不能满足人们的需要研究和
开发新酶已成为酶工程发展的前沿课题。新酶的研究与开簏除采用常用技术外还可借助基因组学和蛋白质组学的最新知识腊助ＤＮＡ重排
和细胞、噬菌体表面展示技术。目前最令人瞩目的新酶有核酸类酶、抗体酶和端粒酶等。
酶在医药、食品、轻工、化工和环保等领域应用广泛。充分发挥酶的催化功能、扩大酶的应用范围、提高酶的应用效率是酶工程应用研究的
酰化酶】、头孢菌素Ⅳ涝施菌素酰化醐、７一ＡＤＣＡＥ［青霉素Ｖ酰化酶】、
脱乙酰头孢菌鞠头孢菌素乙酸酯酶ｌ近年来还进行固定化产黄青霉细
主要目标。要实现酶的高效应用滁了掌握酶反应动力学特性这一前提
ｇ搴／牛－以外砸；必须采用新的固定化、分子修饰和非水相催化等技术。目前酶的价格仍较高，故它不适于处理高浓度污染物，而适于处理低浓度、高毒性污染物。酶处理有着广阔的应用前景。酶反应副产物的
胞生产青霉素的研究合成青霉素和头孢菌素前体物的最新工艺也采用
酶工程的方法。
２２．２生产氨基酸和有机酸
生产尿酐酸、Ｌ＿酪氨酸及Ｌ－多巴、Ｌ．天冬氨酸、Ｌ－苯丙氨酸、Ｌ－谷氨酸、Ｌ－丝氨酸、Ｌ＿色氨酸、天冬酰胺、谷胱甘肽等有机酸。
’
特征和稳定化、反应残余物的处理、处理费用问题瞄顽深人研究。
参考文献
【１１唇乃琥２ｌ世纪酶工程研究的新动向Ⅱｌ工业微生物，２００１，３１（１）：３７＿４５．
２２．３生产维生素
制造２一酮基一Ｌ．古龙糖酸仙梨糖脱氢酶及Ｉ一山梨糖醛氧化
１２］胃ｔ祥，胡兴，邹国林．酶工程技术与进展田化学与生物工程’２００３簸），事刁．
醐、肌醐肌醇合成醐、Ｌ－肉毒碱ＥＮ碱酯酶、ＣｏＡ［ＣｏＡ合成酶系謦。
万方数据