二,蛋白质工程的发展前景
蛋白质工程研究,从20世纪80年代初至今,由于分子生物学和技术科学相结合,已经完成了几十种蛋白质分子结构的改造。在蛋白质结构与其功能的研究上已获得很多有价值的检测资料。人们已经初步掌握了蛋白质工程的技术程序,这就是基因定位、诱变。在了解蛋白质三维结构与功能的基础上,对突变后的一维纤性肽链进行分子设计,从而构建全新的蛋白质分子。当今,在这个技术程序的控制手段方面已经取得了关键技术的突破。
当前,蛋白质工程是发展较好、较快的分子工程。这是因为在进行蛋白质分子设计后,已可应用高效的基因工程来进行蛋白的合成。最早的蛋白工程是福什特(Forsht)等在1982—1985年间对酪氨酰—t—RNA合成酶的分子改造工作。他根据XRD(X射线衍射)实测该酶与底物结合部位结构,用定位突变技术改变与底物结合的氨基酸残基,并用动力学方法测量所得变体酶的活性,深入探讨了酶与底物的作用机制。佩里(Perry)1984年通过将溶菌酶中Ile(3)改成Cys(3),并进一步氧化生成 Cys(3)-Cys(97)二硫键,使酶热稳定性提高,显著改进了这种食品工业用酶的应用价值。1987年福什特通过将枯草杆菌蛋白酶分子表面的Asp(99)和Glu(156)改成Lys,而导致了活性中心His(64)质子pKa从7下
降到6,使酶在pH=6时的活力提高10倍。工业用酶最佳pH的改变预示可带来巨大经济效益。蛋白工程还可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变。由此可以看出蛋白工程的威力及其光辉前景。上述各例是通过对关键氨基酸残基的置换与增删进行蛋白工程的一类方法。另一类是以某个典型的折叠进行“从头设计”的方法。1988年杜邦公司宣布,成功设计并合成了由四段反平行α—螺旋组成为73个氨基残基的成果。这显示,按人们预期要求,通过从头设计以折叠成新蛋白的目标已是可望又可及了。预测结构的模型法,在奠定分子生物学基础时起过重大作用。蛋白的一级结构,包含着关于高级结构的信息这一点已日益明确。结合模型法,通过分子工程来预测高级结构,已成为人们所瞩目的问题了。
蛋白质工程汇集了当代分子生物学等学科的一些前沿领域的最新成就,它把核酸与蛋白质结合、蛋白质空间结构与生物功能结合起来研究。蛋白质工程将蛋白质与酶的研究推进到崭新的时代,为蛋白质和酶在工业、农业和医药方面的应用开拓了诱人的前景。蛋白质工程开创了按照人类意愿改造、创造符合人类需要的蛋白质的新时期。
蛋白质工程取得的进展向人们展示出诱人的前景。例如,科学家通过对胰岛素的改造,已使其成为速效型药品。如今,生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面。用蛋白质工程方法制成的电子元件,具有体积小、耗电少和效率高的特点,因此有极为广阔的发展前景。
总结:
总而言之,蛋白质工程作为生物工程领域的一向重要技术和发展方向,在21实际的社会发展中将会有更多的蛋白质工程的技术和产品应用到我们的日常活动中,为我们提供极大的便利,解决许多重大的难题,为社会进步和经济发展起到重大的推动作用。