[科普中国]-酶分子定向进化理论

定义

长期以来，人们对酶分子的研究可以分为认识和改造两个方面。对酶分子的认识是利用各种生物化学、晶体学、光谱学等方法对天然酶或其突变体行研究，获得酶分子特征、空间结构、结构和功能之间关系以及氨基酸残基功能等方面的信息，以此为依据对酶分子进行改造，称为酶分子的合理设计。与此相对应．不需要准确的群分子结构信息而通过随机突变、基因重组、定向筛选等方法对其进行改造，则称为酶分子的非合理设计。非合理设计的实用性鞍强，拄往可以通过随机产生的突变，改进酶的特性。

研究进展研究热点酶分子改造几十年来的研究主要集中于两个方面，一是基于序列的合理化设计方案(sequential rational design)，如化学修饰、定点突变(site-directed mutagenesis)等；二是利用基因的可操作性，模拟自然界的演化进程的非合理设计方案(irrational design)．如定向进化、杂合进化(hvbrid evolution)等。

研究现状对酶分子的设计与改造方面，是基于基因工程、蛋白质工程和计算机技术互补发展和渗透的结果，它标志着人类可以按照自己的意愿和需要改造酶分子，甚至设计出自然界中原来并不存在的全新的酶分子。目前，酶分子人为改造还不成熟的情况下，通过定点突变技术改造成功了大量的酶分子，获得了比天然酶活力更高、稳定性更好的工业用酶。但总体来说，我们的能力并未达到对复杂生物体系进行有效的人为改造的水平。近年来，易错PCR、DNA改组（DNA shuffling）等技术的应用，在对目的基因表型有高效检测筛选系统的条件下，建立了酶分子的定向进化策略，尽管不清楚酶分子的结构．仍能获得具有预期特性的新酶，基本实现了酶分子的人为快速进化1。