蛋白質工程的應用

摘要：蛋白質工程主要是在分子水平上進行設計，同時通過DNA重組的方式對自然界中的各種蛋白質實施突變，在目前藥物研發中得到比較廣泛的應用。可以說這種技術能對藥物成分進行針對性的技術改造，這樣能進一步保障藥物的穩定性以及生物利用度，提高藥物研發的質量。工業用酶在催化化學反應方面具有經濟、高效、用途廣等優點，已深入到人類生活的各個領域

關鍵詞：蛋白質工程;生物藥物;藥物研究;酶

【中圖分類號】G644.5???????????? 【文獻標識碼】A???????????? 【文章編號】2107-2306（2021）12--01

引言

蛋白質工程主要是在分子水平上進行設計，同時通過DNA重組的方式對自然界中的各種蛋白質實施突變，在目前藥物研發中得到比較廣泛的應用。探究該工程技術在生物藥物研發中的運用。目前，人們已經可以利用蛋白質工程技術在基因水平上對DNA進行設計、重組，通過轉錄、翻譯等過程合成自然界中不存在的蛋白質。這一技術目前被廣泛地應用于生物藥物的研發當中。

1、蛋白質工程技術在生物藥物研發中的具體應用

1.1體外定向進化技術

此項技術主要是對天然蛋白進行技術改造，因為重點是對少數位點突變的技術改造，所以不能改變蛋白質本身所具備的高級結構，只能改變部分的蛋白質功能。體外定向轉化也可以稱之為分子轉化，借助體外DNA或者是PCR等技術對活性較高的藥物進行合理的篩選，這樣能得到自然界所不具備的優質藥物。DNA改組是一項優良的技術，能對蛋白藥物進行針對性的優化，重點對生物酶穩定性以及活性進行有效的篩選，同時也可以對特異性進行更高水準的篩選。例如在進行醫藥研究的過程中運用乳酸氧化酶對L-乳酸實施氧化技術處理，通過基因改造的方式提高其穩定性，這樣能提高其熱穩定性以提高藥物治療的效果。在進行PCR體外擴增的過程中，技術人員應該找尋合適的技術條件，進一步實現簡單化的隨機突變，需要得到其他技術的支持。一般情況下很難在一輪定向選擇之后獲得滿意的成果，所以應該開展持續性的技術篩選，最終選擇到最為有益的突變型基因，也可以獲得更好的突變知識累積。例如在醫藥研究領域，1.3-丙二醇能作為合成單位進行聚酯等物質的合成研究。在技術合成過程中也可以運用同工酶提高藥物活性，這是因為同工酶是經歷過突變篩選之后而獲得的氧化還原酶，體現出比較強的催化活性。

1.2定點突變工程技術

此項技術是建立在生物醫學的功能以及結構的技術改造，通過改變大分子本身氨基酸序列的方式改變藥物性狀，這樣可以對一級結構進行更好的修飾。和化學或者是自然因素所誘導的基因突變相比更加具備鮮明的特異性，也體現出更加強大的重復性。技術人員能通過改變核苷酸序列方式進一步改善生物醫藥的性能以及臨床使用功能，這樣能獲得具備更高活性的生物藥物。以納豆激酶為例，在實際應用中體現出穩定性比較差的問題，同時也體現出容易被氧化的現象，不能在醫學藥物中得到更好的運用。所以技術人員可以通過定點突變的方式在納豆激酶序列中增加丙氨酸以及絲氨酸，這樣能通過改變蘇氨酸位點的路徑提高其抗氧化能力。此外，技術人員也能通過催化抗體的運用對免疫球蛋白活性進行更高層面的調節，立足突變技術的應用提高催化酶的活性，進一步提高生物藥物的質量。

1.3 轉運RNA

學術研究指出轉運RNA 是對目的蛋白進行選擇性的功能改造，給蛋白質提供更加穩定的結構保障。技術人員應該對轉運RNA進行有效的抑制，需要關注到錯酰化現象，重視在目的蛋白中引入反密碼子。例如技術人員通過在西尼羅河腦炎病毒結構中融入氨酰轉化RNA合成酶形成突變體，而這種突變體具備熒敏感這一特征，以此篩選出更加科學的酶抑制劑。

2、工業用酶基本特性的改造

2.1? 提高酶的穩定性

對于一個工業用酶來說首先要求它必須有足夠的穩定性，其穩定性包括熱穩定性、抗蛋白酶穩定性、抗氧化穩定性、在有機溶劑中的穩定性等。而其穩定性又受多種因素的影響，如：氨 基酸序列、三維結構以及輔助因子等。一般可以通過突變引入二硫鍵，鹽鍵等來提高酶的穩定性。

2.2? 提高酶的活性

酶活力的高低直接影響工業生產效率和生產成本。對于酶的活性中心及調控部位來說，一般只由少數的幾個關鍵氨基酸殘基在空間排列而成，酶活性會因為這些殘基中的一個或幾個的改變而發生很大的變化，另外工業中所用底物又相當復雜，因此要提高酶的活性就較困難，研究也表明，通常突變都會導致酶活力下降。但通過一些特定氨基酸殘基的突變，可以提高突變體酶的活力。對大腸桿菌堿性酯酶的活性位點旁邊的 D101 進行突變，D101A 突變體酶的比活力上升了 15 倍。現在人們正努力去探求酶催化機制，一旦搞清了酶的催化機制，那用蛋白質工程就能更有效的提高酶活。

2.3? 增強酶的選擇性

酶的選擇性是酶的重要特性之一。通過對酶結構及催化機制的分析發現酶與底物結合一般都有一個特異性口袋，由于口袋形狀大小各異，口袋上連接的氨基酸種類及所帶電荷又不同，其對底物的專一性也不同。一般通過突變改變口袋的電荷，疏水性，立體結構來改變酶對底物的選擇性。研究了幾個脂肪酶的結構，發現其口袋的形式有三種（1）裂縫式（2）漏斗式（3）地道式。并通過替換不同氨基酸殘基，使酶對脂肪鏈長的專一性發生了改變。

2.4? 改變酶的表面特性

很多重要的工業用酶都只作用于底物的表面。比纖維素酶和木聚糖酶都有一個協助酶與底物結合的連接區;脂肪酶只有在油水界面上才能發揮作用。因此弄清促使酶和底物相互作用的驅動力就顯得尤為重要。研究發現 Savinase 蛋白酶，Lipolase 脂肪酶表面電荷的相互作用是促使酶對底物吸附的主要驅動力。Juffer 等人用分子模型研究了角質脂肪酶及其突變體，發現吸附的自由能和蛋白質電荷之間存在線性關系。因此通過蛋白質工程改變酶表面電荷狀況來影響酶的表面特性，達到改變酶對底物吸附特性。

總的說來，酶的穩定性、活性、選擇性以及表面特性往往是相互聯系的。有時在提高酶的穩定性時，其活性會下降。而提高其活性時，酶的選擇性又有可能下降。因此要使一個酶能有較寬的適用范圍，而其各方面的特性又不受大的影響，那就必須了解各特性之間的相互作用關系，在它們之間找到一個平衡點。

參考文獻：

[1]陳鑠.淺議生物藥物研發中對于蛋白質工程技術的應用

[2]鄭昆，楊紅議生物藥物研發中對于蛋白質工程技術的應用

作者簡介：姓名：呂翔宇，出生日期：1998.07.11，性別：男，民族：漢，籍貫：湖北省襄陽市樊城區，學歷：本科，職稱：無，研究方向：細胞生物學，工作單位：煙臺市魯東大學