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酶体外定向进化技术及其发展
作者：程梦婷
来源：《科技与创新》2014年第02期
摘 要：酶体外定向进化技术可以大幅度提高酶分子的进化效率，可以在未知酶空间结构和催化机制下，按照人们的期望实现特定目标化。酶体外定向进化技术对酶工程今后的发展非常重要，对酶体外定向进化技术的研究方法和发展前景做了归纳。
关键词：酶；定向进化；蛋白质工程；发展前景
中图分类号：Q55 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）02-0001-02
酶的定向进化是20世纪90年代初兴起的一种蛋白质工程的新策略，近年来发展迅速。酶能催化各种各样的化学反应，可使需要几天几个月甚至几年时间完成的转化在几分钟甚至几秒钟内完成，能催化化学方法难以完成的反应，如构象的改变等。同时，它无毒无害，对环境没有污染，在环境问题日益严重的今天，酶的应用显得至关重要。
1 概述
酶的体外定向进化又称蛋白质分子定向进化，是蛋白质工程的新策略。简单来说，就是在事先不了解酶的空间结构和催化机制的情况下，在实验室中通过模拟达尔文自然进化过程，让目标酶分子在预先设计好的道路上快速进化，获得有价值的非天然酶。
定向进化是随机突变和选择的结合，随机突变是人为控制某些条件改变而引发的。后者虽相当于环境，但只作用于突变后的分子群，起选择预期方向的突变、排除其他方向突变的作用，整个进化过程是在人为控制下进行的。
定向突变使在自然选择条件下需几百万年乃至上亿年才能完成的进化过程，缩短到几年、几个月，甚至更短的时间，加速了酶的进化过程。目前，该方法主要应用于提高酶的稳定性、酶活性、对有机溶剂的耐受性，扩大底物的选择性，改变光学异构体的选择性等方面。
在目前已发现的8 000多种酶中，真正能够进行大规模生产和应用的商品酶并不多，主要原因是天然酶的性质与工业生产环境，例如高温、高压、有机溶剂、极端pH 等的要求相差甚远。天然酶的底物选择性等性质难以满足工业对蛋白酶的需求。酶的定向进化技术是酶工程学研究的有效工具，该技术的发展使酶应用于工业生产成为可能。
2 酶体外定向进化的常用方法
2.1 易错（error-prone ）PCR
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酶体外定向进化技术及其发展
作者：程梦婷
来源：《科技与创新》2014年第02期
摘 要：酶体外定向进化技术可以大幅度提高酶分子的进化效率，可以在未知酶空间结构和催化机制下，按照人们的期望实现特定目标化。酶体外定向进化技术对酶工程今后的发展非常重要，对酶体外定向进化技术的研究方法和发展前景做了归纳。
关键词：酶；定向进化；蛋白质工程；发展前景
中图分类号：Q55 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）02-0001-02
酶的定向进化是20世纪90年代初兴起的一种蛋白质工程的新策略，近年来发展迅速。酶能催化各种各样的化学反应，可使需要几天几个月甚至几年时间完成的转化在几分钟甚至几秒钟内完成，能催化化学方法难以完成的反应，如构象的改变等。同时，它无毒无害，对环境没有污染，在环境问题日益严重的今天，酶的应用显得至关重要。
1 概述
酶的体外定向进化又称蛋白质分子定向进化，是蛋白质工程的新策略。简单来说，就是在事先不了解酶的空间结构和催化机制的情况下，在实验室中通过模拟达尔文自然进化过程，让目标酶分子在预先设计好的道路上快速进化，获得有价值的非天然酶。
定向进化是随机突变和选择的结合，随机突变是人为控制某些条件改变而引发的。后者虽相当于环境，但只作用于突变后的分子群，起选择预期方向的突变、排除其他方向突变的作用，整个进化过程是在人为控制下进行的。
定向突变使在自然选择条件下需几百万年乃至上亿年才能完成的进化过程，缩短到几年、几个月，甚至更短的时间，加速了酶的进化过程。目前，该方法主要应用于提高酶的稳定性、酶活性、对有机溶剂的耐受性，扩大底物的选择性，改变光学异构体的选择性等方面。
在目前已发现的8 000多种酶中，真正能够进行大规模生产和应用的商品酶并不多，主要原因是天然酶的性质与工业生产环境，例如高温、高压、有机溶剂、极端pH 等的要求相差甚远。天然酶的底物选择性等性质难以满足工业对蛋白酶的需求。酶的定向进化技术是酶工程学研究的有效工具，该技术的发展使酶应用于工业生产成为可能。
2 酶体外定向进化的常用方法
2.1 易错（error-prone ）PCR