科学:突变酶可加快化学反应的速度

 作者:充迓边     |      日期:2017-06-07 01:02:03
作者:DAVID BRADLEY基因工程对化学以及农业和医学产生了影响修饰的DNA被用于产生突变形式的酶,其在加速化学反应方面优于天然酶布里斯托大学的生物学家利用来自温泉细菌嗜热脂肪芽孢杆菌的克隆DNA制造“突变酶”然后,Guy Casy和他在大学化学学院的同事使用这种酶来催化一组常用作有机合成结构单元的化合物的反应(Journal of the Chemical Society,Chemical Communications,1992,p 924)由微生物制成的天然或“野生型”酶已经在化学过程中使用多年最简单和最着名的这些过程是植物糖的发酵,使用酵母中的酶制造酒精从化学家的角度来看,酶比其他化学催化剂具有许多优势它们效率很高,产率高,杂质少,与人工催化剂相比,它们可以更有效地加速某些反应与许多化学反应所需的相比,酶在更温和的条件下运行大约37℃的温度和大气压通常就足够了,而许多工业过程需要几百度的温度和高压酶也只需要很少的能量输入并且几乎不产生污染酶的另一个重要特性是它们能够区分彼此之间略微不同的分子例如,他们可以区分对映体 - 左手和右手形式的不对称或“手性”分子许多酶仅催化单一化合物或其化学亲属(底物)的单一反应,而不受副反应的干扰,即化学合成的祸害因为酶仅作用于一对中的一种对映体,化学家可以使用它们来制造不对称产物这很重要,因为一些药物和农用化学品通常只能以一种形式更安全或更有效例如,布洛芬的左手对映体,一种镇痛药,是一种比右手形式更好的止痛药 Casy和他在布里斯托尔的同事研究了由嗜热脂肪芽孢杆菌(B. stearothermophilus)产生的乳酸脱氢酶该酶催化化合物例如α-酮酸中的酮(C = O)基团还原成羟基(OH)基团,这是许多化学合成中的重要步骤根据研究人员的说法,这种酶非常适合被基因工程操纵,因为它的三维结构是众所周知的他们通过首先在编码酶的细菌中克隆基因来制造酶的突变版本使用两片短机器合成的DNA,生物学家在该基因的两个区域进行了特定的改变然后,他们将工程基因引入细菌大肠杆菌中以“表达”或产生可用量的突变酶通过以这种方式改变酶的氨基酸序列,研究人员改变了它的三维结构,从而改变了它的催化性质野生型酶不能处理具有庞大侧基的α-酮酸等化合物,但是类似的人类酶可以研究人员指出要改变哪些氨基酸以使细菌酶作用于这些化合物庞大的基团是疏水的(油腻的)并使这些化合物与酶的天然底物非常不同它们可以防止化合物进入野生型酶的活性位点,从而阻止催化作用研究人员以一种使活性位点附近的区域比野生型更加疏水的方式修饰酶,在这方面它类似于人类酶的相同区域然后衬底的庞大的组可以适合通过进一步改变酶,研究人员提高了灵活性,使活性部位更容易获得来自嗜热脂肪芽孢杆菌的乳酸脱氢酶具有另一个优点,源于微生物在55℃下生长的能力,即许多火山温泉的温度野生型和突变型酶都在能够破坏许多其他酶的温度下存活,