理性和非理性蛋白质设计策略在酶工程中应用

理性和非理性的蛋白质设计策略是两个非常有效的酶改性工具。在对酶性质改造方面已取得了可喜的成绩。本文将两种蛋白质设计策略的特点、各自使用的方法、进化路线及最近三年在酶工程改造上取得的成就加以总结。并讨论了两种蛋白质设计策略的区别、联系及蛋白质工程改造的未来发展方向。

基于肌红蛋白的氧激活蛋白的理性设计

金属酶催化了生命活动及工业催化中的很多重要反应。天然金属酶的研究往往受限于蛋白质本身结构复杂、表达纯化困难等问题。通过理性设计,可以在分子量小、结构简单、易于表达的骨架蛋白中模拟天然金属酶的结构、光谱和功能,构建人工金属酶。人工酶可以为天然酶的机制研究提供新的平台。本文中,笔者探讨以肌红蛋白为骨架蛋白,通过结构特征的模拟、非天然氨基酸的引入等手段,模拟氧激活蛋白,尤其是氧化酶。综述以对理性设计得到的人工氧化酶的反应中间体进行研究的进展,发现金属酶活性中心的酪氨酸作为催化反应的关键残基,对于氧化反应的调控非常重要;而在小分子量骨架蛋白中模拟天然金属酶是一种人工金属酶分子设计的方法,可以用于研究血红素酶外的其他金属酶。