[科普中国]-突变酶

研究背景及定义

目前，在实验室中进行过研究的酶不下几千种，但应用的只有极少数，其主要原因是这些酶在生物条件或自然条件下具有活性，但在实际生产系统中，其活性极差，不能应用。在工业生产中，几乎所有的反应体系都是在酸、碱或溶剂体系中，温度也较高，因此绝大多数酶在这种条件下都会变性。因此，提高酶的稳定性在工业生产中是重要的。突变酶是有控制的对天然酶基因进行剪切、修饰或突变，从而改变这些酶的催化特性、底物专一性或辅酶专一性，使之更加符合人类的社会生产、生活需要。

性质提高酶的活性。如将枯草杆菌蛋白酶Met222改编为Cys后，其催化活性大大提高。

提高酶的稳定性。如将T4溶菌酶的Ile3改为Cys后再经氧化，即与Cys97形成二硫键，该酶仍具有催化活性，但其稳定性大大提高。

改变底物专一性。如胰蛋白酶底物结合部位的Gly216或Gly226改为Ala后，提高了酶对底物的选择性。其中突变酶Ala216对含Arg的底物的Kcat/Km提高了，而Ala226对含Lys的底物的Kcat/Km提高了。

改变酶的最适pH。将枯草杆菌蛋白酶Met222改编为Lys后，其最适pH由原来的8.6上升至9.6。

改变酶对辅酶的要求。如二氢叶酸还原酶的双突变体（Arg44改为Thr；Ser63改为Glu）对辅酶的要求更倾向于NADH2,而不是原来的NADPH2。

改变酶的别构调节功能。如当天冬氨酸转氨甲酰酶（ATC）的Tyr改为Ser后，酶就是去了别构调节的性质。

改变酶的其他性能。如对金属酶氧化还原能力的改造以及对某些酶结构的改造，使一些专一性抑制剂能够有效作用于靶位点等。

突变酶的结构变化导入二硫键。含有二硫键的蛋白一般不易折叠，稳定性较高，且这种蛋白即使在有机溶剂或非正常生理条件下也不易变性。二硫键存在时，酶的热稳定性提高，二硫键越多，酶越稳定。

肽链构象发生改变。肽链构象局部发生变化，可能导致蛋白失活，从而提高蛋白的热稳定性。

氨基酸置换。氨基酸置换往往也能达到同样的提高蛋白质热稳定性的目的1。