酶学和酶工程研究今后的方向、进展、热点问题

酶学和酶工程研究今后的酶学和酶工程研究今后的方向、进展、热点问题方向、进展、热点问题 二十一世纪是生物学世纪，将在生物学领域有所发二十一世纪是生物学世纪，将在生物学领域有所发明，有所发现。明，有所发现。在在酶酶学学和和酶酶工工程程领领域域会会有有哪哪些些进进展展呢呢？在在2121世世纪纪国国际际酶酶学学和和酶酶工工程程若若干干热热点点和和前前沿沿课课题题的的研研讨讨会会上上科科学学家提供了一些观点，值得提供给大家。家提供了一些观点，值得提供给大家。一、基因工程和蛋白质工程的应用一、基因工程和蛋白质工程的应用有关基因工程在酶工程领域的研究文章大量涌现。有关基因工程在酶工程领域的研究文章大量涌现。运用基因工程技术可以有什么好处？运用基因工程技术可以有什么好处？改善原有酶的各种性能，改善原有酶的各种性能，1.1.如提高酶的产量、如提高酶的产量、2.2.增加酶的稳定性、增加酶的稳定性、3.3.使酶适应低温环境、使酶适应低温环境、4.4.提高酶在有机溶剂中的反应效率、提高酶在有机溶剂中的反应效率、5.5.使酶在后提取工艺和应用过程中更容易操作等使酶在后提取工艺和应用过程中更容易操作等，6.6.运用基因工程技术也可以将原来有害的运用基因工程技术也可以将原来有害的;未经批准的微未经批准的微生物产生的酶的基因生物产生的酶的基因;7.7.或或由由生生长长缓缓慢慢的的动动植植物物产产生生的的酶酶的的基基因因，克克隆隆到到安安全全的的、生生长长迅迅速速的的、产产量量很很高高的的微微生生物物体体内内，改改由由微微生物来生产生物来生产 。8.8.运运用用基基因因工工程程技技术术还还可可以以通通过过增增加加编编码码该该酶酶的的基基因因的的拷拷贝贝数数，来来提提高高微微生生物物产产生生的的酶酶的的数数量量这这一一原原理理已已成成功功地地应用于酶制剂的工业生产应用于酶制剂的工业生产 目目前前，世世界界上上最最大大的的工工业业酶酶制制剂剂生生产产厂厂商商丹丹麦麦诺诺维维信信公公司司，由由原原诺诺和和诺诺德德公公司司酶酶制制剂剂部部独独立立而而成成)生生产产酶酶制剂的菌种约有制剂的菌种约有80%80%是基因工程菌是基因工程菌由由基基因因工工程程发发展展起起来来的的蛋蛋白白质质工工程程更更加加吸吸引引人人们们的的广广泛泛关关注。在兴起之初，主要采用注。在兴起之初，主要采用定点突变技术定点突变技术，对天然酶蛋白进行改造对天然酶蛋白进行改造，已经取得很多成果。例如，已经取得很多成果。例如，将将T4T4溶菌酶的第溶菌酶的第5151位苏氨酸转变成脯氨酸，使该酶对位苏氨酸转变成脯氨酸，使该酶对ATPATP的亲和力增强，酶活力提高了的亲和力增强，酶活力提高了2525倍。倍。但定点突变技术只能对天然酶蛋白中某些氨基酸残但定点突变技术只能对天然酶蛋白中某些氨基酸残基进行替换，酶蛋白的高级结构基本维持不变，因此对基进行替换，酶蛋白的高级结构基本维持不变，因此对酶的功能的改造非常有限酶的功能的改造非常有限 不过，如果通过多代遗传将突变积累起来，也可以不过，如果通过多代遗传将突变积累起来，也可以较好地拓展酶的功能。较好地拓展酶的功能。近近来来，ArnddArndd利利用用所所谓谓“定定向向酶酶进进化化”技技术术，在在试试管管中中模模拟拟达达尔尔文文进进化化论论的的关关键键过过程程。先先进进行行无无序序突突变变和和重重组组，继继而而进进行行筛筛选选，再再通通过过多多代代遗遗传传，可可以以大大大大改改进进和和拓拓展展酶的功能。酶的功能。近来国际上又提出酶蛋白全新设计的概念。近来国际上又提出酶蛋白全新设计的概念。众众所所周周知知，蛋蛋白白质质的的空空间间结结构构由由其其氨氨基基酸酸的的序序列列控控制制，而而其其功功能能又又与与结结构构密密切切有有关关。据据计计算算，300300个个氨氨基基酸酸可可以以组组成成1010390390种种不不同同序序列列的的蛋蛋白白质质。而而从从生生物物出出现现以以来来，自自然然界界估估计计有有10105555种种蛋蛋白白质质即即绝绝大大多多数数新新序序列列和和新新功功能能的的蛋蛋白白质质或或酶酶，在在许许多多亿亿年年的的生生物物进进化化过过程程中中还还没没有有出出现现过过或或者没有研究过的酶，有待我们去开发和创造者没有研究过的酶，有待我们去开发和创造 基基因因工工程程的的飞飞速速发发展展，我我们们可可以以通通过过研研究究能能够够获获得得自自然然界界原原先先并并不不存存在在的的、具具有有全全新新结结构构和和功功能能的的蛋蛋白白质质同同样样，这这一一项项新新技技术术也也可可以以用用于于组组建建自自然然界界原原先先并并不不存存在在的的、结构和功能全新酶蛋白结构和功能全新酶蛋白。在确定设计目标后，先根据一定规则产生初始序列，在确定设计目标后，先根据一定规则产生初始序列，经过结构预测和构建模型，对序列进行初步的修改，经过结构预测和构建模型，对序列进行初步的修改，然然后后进进行行基基因因表表达达或或多多肽肽合合成成，再再经经结结构构检检测测，确确定定是是否否与与原定目标相符。原定目标相符。并根据检测结果，指导进一步的设计。并根据检测结果，指导进一步的设计。尽管目前对蛋白质全新设计的理论基础，即蛋白质尽管目前对蛋白质全新设计的理论基础，即蛋白质折叠规律的认识还不够深入，蛋白质全新设计还处折叠规律的认识还不够深入，蛋白质全新设计还处在探索阶段，但定，其应用前景非常诱人，值得深在探索阶段，但定，其应用前景非常诱人，值得深入探索和研究入探索和研究 二、酶在环境治理方面的应用研究二、酶在环境治理方面的应用研究当前，环境污染己经成为制约人类社会发展的重要因当前，环境污染己经成为制约人类社会发展的重要因素我国每年排出大量废水素我国每年排出大量废水(416(416亿吨亿吨)废气和烟尘废气和烟尘(2000(2000万万吨吨)，以及固体废弃物，以及固体废弃物(1000(1000亿吨亿吨)，污染规模达到相当严，污染规模达到相当严重的地步美国也有大量土地、淡水和海水区域被污染。重的地步美国也有大量土地、淡水和海水区域被污染。据估计，仅治理被污染的土地一项，就耗资巨大。据估计，仅治理被污染的土地一项，就耗资巨大。原先人们常用的化学方法和物理方法，己经很难达到原先人们常用的化学方法和物理方法，己经很难达到完全清除污染物的目的完全清除污染物的目的。微微生生物物在在环环境境治治理理方方面面发发挥挥了了十十分分巨巨大大的的作作用用，最最常常用用、最最成成熟熟的的活活性性污污泥泥废废水水处处理理技技术术，就就是是依依靠靠了了微微生生物物的的作作用用、同同样样，各各种种微微生生物物酶酶能能够够分分解解糖糖类类、脂脂肪肪、蛋蛋白白质质，纤纤维维素素、木木质质素素;环环烃烃、芳芳香香烃烃、有有机机磷磷农农药药、氰氰化化物物、某某些些人人工工合合成成的的聚聚合合物物等等，正正成成为为环环境境保保护护领领域研究的一个热点课题域研究的一个热点课题三、人工合成酶和模拟酶三、人工合成酶和模拟酶 酶酶的的高高度度催催化化活活性性以以及及酶酶在在工工业业上上应应用用带带来来巨巨大大经经济效益，促使人们研究人工合成的酶型催化剂济效益，促使人们研究人工合成的酶型催化剂通通常常，人人们们将将人人工工合合成成时时具具有有类类似似酶酶活活性性的的聚聚物物称称之为人工合成酶。之为人工合成酶。人人工工合合成成酶酶在在结结构构上上必必具具有有两两个个特特殊殊部部位位，即即一一个个是底物结合位点，一是催化位点。是底物结合位点，一是催化位点。已已经经发发现现，构构建建底底物物结结合合位位点点比比较较容容易易，而而构构建建催催化位点比较困难两个位点可以分设计。化位点比较困难两个位点可以分设计。但但是是已已经经发发现现，如如果果人人工工合合成成酶酶有有一一个个反反应应过过渡渡态态的的结结合合位位点点，则则该该位位点点常常常常会会同同时时具具有有结结合合位位点点和和催催化化位位点点的的功功能能人人工工合合成成酶酶通通常常也也遵遵循循Michaelis-MentenMichaelis-Menten方方程程，例例如如高高分分子子聚聚合合物物聚聚-4-4-乙乙烯烯基基吡吡啶啶-烷烷化化物物，具具有有糜糜蛋蛋白白酶酶的的功功能能，含含辅辅基基或或不不含含辅辅基基的的高高分分子子聚聚合合物物，具具有有氧氧化化还还原原酶酶、参参与与光光合合作作用用的的酶酶和和各各种种水水解解酶酶等等功功能。能。在在“模拟酶模拟酶”方面，固氮酶的模拟最令人瞩目。人方面，固氮酶的模拟最令人瞩目。人们从天然固氮酶由铁蛋白和铁钼蛋白两种成分组成得到们从天然固氮酶由铁蛋白和铁钼蛋白两种成分组成得到启发，提出了多种固氮酶模型。启发，提出了多种固氮酶模型。如如过过渡渡金金属属(铁铁、钴钴、镍镍等等)的的氮氮络络合合物物，过过渡渡金金属属(钒钒、钛钛等等）的的氮氮化化物物，石石墨墨络络合合物物，过过渡渡金金属属的的氨氨基基酸酸络络合合物物等等;此此外外，利利用用铜铜、铁铁、钴钴等等金金属属的的络络合合物物，可可以以模模拟拟过氧化氢酶过氧化氢酶等等近来，国际上又发展起一种分子压印技术，又称为近来，国际上又发展起一种分子压印技术，又称为生物压印生物压印(bidimprinting)(bidimprinting)技术。该技术可以借助模板在技术。该技术可以借助模板在高分子物质上形成特异的识别位点和催化位点。目前，高分子物质上形成特异的识别位点和催化位点。目前，此项技术已经获得广泛的应用。例如，模拟酶可用于催此项技术已经获得广泛的应用。例如，模拟酶可用于催化反应，分子压印的聚合物可用作特制的分离材料，化反应，分子压印的聚合物可用作特制的分离材料，抗抗体体和和受受体体结结合合位位点点的的模模拟拟物物可可用用于于识识别别和和检检测测系系统，分子压印的聚合物可用作生物传感器的识别单元。统，分子压印的聚合物可用作生物传感器的识别单元。有专家在演讲中介绍了人工合成酶在氧化还原反应有专家在演讲中介绍了人工合成酶在氧化还原反应方面的进展。他将方面的进展。他将天然酶和人工合成酶置于膜反应器内，天然酶和人工合成酶置于膜反应器内，比较了二者在连续氧化还原反应系统中的反应能力。比较了二者在连续氧化还原反应系统中的反应能力。转换频率转换频率 空间时间产率空间时间产率天然酶天然酶 高高 低低人工合成酶人工合成酶 低低 高高在使用有机溶剂和各式各样不同的底物方面，人工合成酶在使用有机溶剂和各式各样不同的底物方面，人工合成酶也要比天然酶优越得多也要比天然酶优越得多 四四.核酸酶核酸酶 抗体酶抗体酶近近年年来来，人人们们发发现现去去除除蛋蛋白白质质的的RNARNA和和DNADNA也也具具有有催催化化功功能能，19821982年年CechCech发发现现四四膜膜虫虫的的26SrRNA26SrRNA的的前前体体，在在没没有有蛋蛋白白质质存存在在的的情情况况下下，能能够够进进行行内内含含子子的的自自我我剪剪接接，形形成成成成熟熟的的rRNArRNA，证证明明RNARNA分分子子具具有有催催化化功功能能，并并将将其其称为核酸酶称为核酸酶,也有人称为核酶也有人称为核酶)。19951995年年CuenoudCuenoud又又发发现现某某些些DNADNA分分子子也也具具有有催催化化功功能能，改改变变了了只只有有蛋蛋白白质质才才能能有有催催化化功功能能的的传传统统观观念念，也也为为先先有核酸，后有蛋白质，提供了进化的证据。有核酸，后有蛋白质，提供了进化的证据。进一步研究发现核酸酶是一种多功能的生物催化剂，进一步研究发现核酸酶是一种多功能的生物催化剂，不仅可以作用于不仅可以作用于RNARNA和和DNADNA，而且还可以作用于多糖、氨，而且还可以作用于多糖、氨基酸酯等底物。基酸酯等底物。核酸酶还可以同时具有信使编码功能和核酸酶还可以同时具有信使编码功能和催化功能，催化功能，实现遗传信息的复制转录和翻译，是生命进实现遗传信息的复制转录和翻译，是生命进化中最简单最经济最原始的、催化核酸自身复制、加化中最简单最经济最原始的、催化核酸自身复制、加工的方式。工的方式。核酸酶具有核苷酸序列的高度专一性这种专一性核酸酶具有核苷酸序列的高度专一性这种专一性使核酸酶具有很大的应用价值。只要知道某种核酸的核使核酸酶具有很大的应用价值。只要知道某种核酸的核苷酸序列，就可以设计并合成出催化其自我切割和断裂苷酸序列，就可以设计并合成出催化其自我切割和断裂的核酸酶。的核酸酶。我们知道，动植物病毒的基因组由核酸组成我们知道，动植物病毒的基因组由核酸组成 根据这些基因组的全部序列，就可设计并合成出根据这些基因组的全部序列，就可设计并合成出防治一些病毒引起的人、畜和植物病毒病的核酸酶。防治一些病毒引起的人、畜和植物病毒病的核酸酶。例：能够防治流感、肝炎及滋病和烟草花叶病等例：能够防治流感、肝炎及滋病和烟草花叶病等 核酸酶也可以用来治疗某些遗传病和癌症核酸酶也可以用来治疗某些遗传病和癌症。核酸酶还可以用作研究核酸图谱和基因表达的工核酸酶还可以用作研究核酸图谱和基因表达的工具。一般说来，人工合成的模拟酶与天然酶的催化效具。一般说来，人工合成的模拟酶与天然酶的催化效率相差较大，且反应类型大都为水解反应。率相差较大，且反应类型大都为水解反应。人们从酶与底物过渡态中间物是酶催化过程中的关人们从酶与底物过渡态中间物是酶催化过程中的关键一步得到启发，结合到抗原引起生物体内抗体的合成，键一步得到启发，结合到抗原引起生物体内抗体的合成，以及抗原和抗体的紧密结合，设想以及抗原和抗体的紧密结合，设想考虑利用抗原抗体相考虑利用抗原抗体相互作用原理来模拟酶的催化作用互作用原理来模拟酶的催化作用。人们设想以一些底物。人们设想以一些底物过渡态中间物的类似物作半抗原，诱导合成与其结构互过渡态中间物的类似物作半抗原，诱导合成与其结构互补的相应抗体，试图得到能够催化上述物质进行活性反补的相应抗体，试图得到能够催化上述物质进行活性反应的酶。应的酶。19861986年这种努力在实验室里获得了成功，为人年这种努力在实验室里获得了成功，为人工合成酶和模拟酶，开创了一条崭新的途径。人们将这工合成酶和模拟酶，开创了一条崭新的途径。人们将这种具有催化活性的抗体称为抗体酶种具有催化活性的抗体称为抗体酶)，又称催化抗体。，又称催化抗体。抗体酶在本质上是免疫球蛋白，人们在其易变区抗体酶在本质上是免疫球蛋白，人们在其易变区赋予了酶的催化活性。赋予了酶的催化活性。抗体是目前已知的最大的多样抗体是目前已知的最大的多样性体系，但无催化活性。而抗体酶则具有较高的催化性体系，但无催化活性。而抗体酶则具有较高的催化活性。活性。制备抗体酶的方法制备抗体酶的方法 主要有诱导法、主要有诱导法、拷贝法、拷贝法、插入法、插入法、化学修饰法化学修饰法基因工程法。基因工程法。抗体酶的催化效率远比模拟酶高抗体酶的催化效率远比模拟酶高;同时，同时，从原从原理上讲，只要能找到合适的过渡态类似物，几乎可理上讲，只要能找到合适的过渡态类似物，几乎可为任何化学反应提供全新的蛋白质催化剂为任何化学反应提供全新的蛋白质催化剂-抗体酶。抗体酶。目前抗体酶催化的反应，目前抗体酶催化的反应，除水解反应外，除水解反应外，催化合成反应，催化合成反应，交换反应，交换反应，闭环反应，闭环反应，异构化反应、异构化反应、氧化还原反应等。氧化还原反应等。此外，与模拟酶相比，抗体酶表现出一定程此外，与模拟酶相比，抗体酶表现出一定程度的度的底物专一性和立体专一性底物专一性和立体专一性。业已证明，抗体酶。业已证明，抗体酶可以在体内执行催化功能。抗体梅的应用前景非常可以在体内执行催化功能。抗体梅的应用前景非常诱人。诱人。抗体酶已经用于酶作用机理的研究，抗体酶已经用于酶作用机理的研究，手性药物的合成和拆分，手性药物的合成和拆分，抗癌药物的制备抗癌药物的制备目前人们正在致力于提高抗体酶的作用效率，目前人们正在致力于提高抗体酶的作用效率，期望在深入了解酶的作用机理，以及抗体和酶结构期望在深入了解酶的作用机理，以及抗体和酶结构和功能的基础上，和功能的基础上，能够真正按照人们的意愿构建出能够真正按照人们的意愿构建出具有特定催化活性和专一性的催化效率高的能满足具有特定催化活性和专一性的催化效率高的能满足各种用途需要的抗体酶各种用途需要的抗体酶五五.分子酶学分子酶学研研究究分分子子结结构构和和功功能能的的关关系系到到19991999年年1 1月月。在在BrookhavenBrookhaven蛋蛋白白质质资资料料库库中中己己经经收收集集到到80008000多多个个蛋蛋白白质质结结构构，其其中中酶酶的的结结构构有有48004800个个。近近年年来来，多多标标记记和和多多维维技技术术的的发发展展，使使得得利利用用核核磁磁共共振振检检测测生生物物高高分分子子物物质质的的结结构构成成为为可可能能。近近年年来来，利利用用NMRNMR技技术术解解析析酶酶的的研研究究迅迅速速发发展展对对某某些些蛋蛋白白质质进进行行动动态态结结构构的的研研究究，如如测测定定肌肌红红蛋白。蛋白。近近来来，基基因因定定点点突突变变技技术术的的广广泛泛应应用用，使使酶酶的的结结构构与与功功能能的的关关系系的的研研究究，将将在在今今后后的的研研究究中中会会取取得得突突破破性性的进展。的进展。六六.功能酶学进展功能酶学进展从从19901990年开始的、被称为生物学的年开始的、被称为生物学的“阿波罗登月计阿波罗登月计划划”的人类基因组计划，是整个生物学领域人力、物力的人类基因组计划，是整个生物学领域人力、物力和财投入最大的一项巨大工程。其任务是完成人体和财投入最大的一项巨大工程。其任务是完成人体2323对对染色体、约染色体、约1010万个基因、万个基因、3030亿对碱基的亿对碱基的DNADNA的全序列测的全序列测定，原来计划定，原来计划20052005年完成。有美国、日本、中国等国家年完成。有美国、日本、中国等国家合作，已经于合作，已经于20002000年年6 6月月2626日公布了人类基因组的基本日公布了人类基因组的基本框架。预计，将在框架。预计，将在20022002年全部完成。年全部完成。今年今年4 4月在上海开的国际人类基因组会议提出，明月在上海开的国际人类基因组会议提出，明年上半年公布全部结果，供全世界使用。年上半年公布全部结果，供全世界使用。20012001年年2 2月月1212日美日英中德等国的科学家和美日美日英中德等国的科学家和美国的塞莱拉公司，联合公布了在原国的塞莱拉公司，联合公布了在原“工作框架图工作框架图”基基础上经过整理分类和排列而得到的人类基因组图谱础上经过整理分类和排列而得到的人类基因组图谱和初步分析结果。和初步分析结果。每种生物只有一个基因组。但每种生物的不每种生物只有一个基因组。但每种生物的不同细胞的蛋白质的组成和数量不同，其功能状态也同细胞的蛋白质的组成和数量不同，其功能状态也不同而有很大差异。因此，基因组是唯一的，但基不同而有很大差异。因此，基因组是唯一的，但基因组内成千上万个基因并不在相同时间内全部得到因组内成千上万个基因并不在相同时间内全部得到表达。即使得到表达，其表达程度也各不相同表达。即使得到表达，其表达程度也各不相同 当然，基因的表达并非是无序进行的，而是有内在当然，基因的表达并非是无序进行的，而是有内在的规律。不同的基因有其各自不同的表达模式这正是的规律。不同的基因有其各自不同的表达模式这正是基因调控的结果。基因组研究的根本目的是揭示整个生基因调控的结果。基因组研究的根本目的是揭示整个生命活动的规律。命活动的规律。人类基因组全序列的测定完成后，只是解决了人类人类基因组全序列的测定完成后，只是解决了人类全部基因全部基因DNADNA序列问题序列问题(即遗传信息库问题即遗传信息库问题)，今后人们必须进一步了解这些基因的功能，以及这今后人们必须进一步了解这些基因的功能，以及这些基因如何发挥其功能。因此功能基因组的研究在今后些基因如何发挥其功能。因此功能基因组的研究在今后的研究中就非常重要。的研究中就非常重要。实际上，每一种生命活动形式都是由特定的蛋白质实际上，每一种生命活动形式都是由特定的蛋白质类群在不同时间和空间存在，发挥其不同组合功能的综类群在不同时间和空间存在，发挥其不同组合功能的综合结果。合结果。基因基因DNADNA的序列并不能提供上述全部信息，仅用核的序列并不能提供上述全部信息，仅用核酸的语言还不能描述整个生命活动的规律。酸的语言还不能描述整个生命活动的规律。在基因表达过程中，还存在基因剪接、蛋白质翻译在基因表达过程中，还存在基因剪接、蛋白质翻译后修饰及蛋白质剪接，使基因遗传信息的表达规律更加后修饰及蛋白质剪接，使基因遗传信息的表达规律更加复杂。一个基因对应一个蛋白质的经典理论已经被实践复杂。一个基因对应一个蛋白质的经典理论已经被实践所否定。已发现，一个基因可以表达的蛋白质的数目可所否定。已发现，一个基因可以表达的蛋白质的数目可能远大于能远大于l l。对细菌而言，可能表达的蛋白质数目为。对细菌而言，可能表达的蛋白质数目为1.2-1.3;1.2-1.3;对酵母而言，则为对酵母而言，则为3;3;而对于人，则可以高达而对于人，则可以高达I0I0。即人类即人类3.53.5万个基因表达的蛋白质数目可能高达万个基因表达的蛋白质数目可能高达3535万。万。在基因编码的蛋白质中，酶占了大约为在基因编码的蛋白质中，酶占了大约为60%60%。因此，后基。因此，后基因组研究，亦即功能基因组研究中，酶蛋白质组研究的因组研究，亦即功能基因组研究中，酶蛋白质组研究的任务极为繁重。任务极为繁重。七七.酶的定向固定化问题酶的定向固定化问题酶酶固固定定化化以以后后活活性性部部分分失失去去，甚甚至至全全部部失失去去。一一般般认认为为酶酶活活性性的的失失去去是是由由于于酶酶蛋蛋白白通通过过几几种种氨氨基基酸酸残残基基在在固固定定化化载载体体上上的的附附着着造造成成的的，这这些些氨氨基基酸酸残残基基主主要要有有:赖赖氨氨酸酸的的(-(-氨氨基基和和N-N-末末端端氨氨基基,疏疏基基，天天门门冬冬氨氨酸酸和和谷谷氨氨酸酸的的羧基等）。羧基等）。由于酶蛋白多点附着在载体上用起了固定化酶蛋白由于酶蛋白多点附着在载体上用起了固定化酶蛋白无无序的定向和结构变形序的定向和结构变形的增加。这种增加直接导致酶活性下的增加。这种增加直接导致酶活性下降或者丢失。降或者丢失。近来，国外的研究者们在探索酶蛋白质的固定化技术近来，国外的研究者们在探索酶蛋白质的固定化技术方面，己经寻找到几条不同途径，使酶蛋白能够以有序方方面，己经寻找到几条不同途径，使酶蛋白能够以有序方式附着在载体上，有一定的定向作用，而使酶活性的损失式附着在载体上，有一定的定向作用，而使酶活性的损失降低到最小程度。降低到最小程度。酶蛋白的固定化技术具有以下一些优点酶蛋白的固定化技术具有以下一些优点:a.a.每每个个酶酶分分子子通通过过其其一一个个特特定定的的位位点点以以可可重重复复的的方方式式进进行行固定化，固定化，b.b.蛋白质的定向固定化技术有利于进了步研究蛋白质结构蛋白质的定向固定化技术有利于进了步研究蛋白质结构c.c.这这种种固固定定化化技技术术可可以以借借助助一一个个与与酶酶蛋蛋白白的的酶酶活活性性无无关关或或影响很小的氨基酸来实现。影响很小的氨基酸来实现。目前所用的方法：目前所用的方法：1)1)借助化学方法的位点专一性固定化借助化学方法的位点专一性固定化;2)2)磷蛋白的位点专一性固定化磷蛋白的位点专一性固定化;3)3)糖蛋蛋白的位点专一性固定化糖蛋蛋白的位点专一性固定化;4)4)抗体抗体(免疫球蛋白免疫球蛋白)的位点专一性固定化的位点专一性固定化;5)5)利用基因工程的位点专一性固定化。利用基因工程的位点专一性固定化。以及共价固定化、氨基酸置换、疏水定向固定化等以及共价固定化、氨基酸置换、疏水定向固定化等这这种种有有序序的的、定定向向固固定定化化技技术术己己经经用用于于生生物物芯芯片片、生生物物传传感感器器、生生物物反反应应器器、临临床床诊诊断断药药物物设设计计、亲亲和和层析及蛋白质结构和功能的研究。层析及蛋白质结构和功能的研究。八八 杂交酶杂交酶 所所谓谓杂杂交交酶酶是是指指由由来来自自两两种种或或两两种种以以上上的的酶酶的的不不同同结结构构片片段段构构建建成成的的新新酶酶。杂杂交交酶酶的的出出现现及及其其相相关关技技术术的的发发展展，为酶工程的研究和应用开创了一个新的领域。，为酶工程的研究和应用开创了一个新的领域。1 1是人们可以是人们可以利用高度同源的酶之间的杂交利用高度同源的酶之间的杂交，将一种酶的耐热性、稳定性等非催化特性将一种酶的耐热性、稳定性等非催化特性“转接转接”给另给另一种酶。这种杂交是通过一种酶。这种杂交是通过相关酶同源区间残基或结构的相关酶同源区间残基或结构的交换交换来实现的，来实现的，杂交酶的特性通常介于其双亲酶的特性之间杂交酶的特性通常介于其双亲酶的特性之间。例如，利用根癌土壤杆菌和淡黄色纤维弧菌的例如，利用根癌土壤杆菌和淡黄色纤维弧菌的-葡萄糖苷酶进行杂交，构建成的杂交葡萄糖苷酶进行杂交，构建成的杂交-葡萄糖葡萄糖苷酶，其最佳反应条件和对各种多糖的苷酶，其最佳反应条件和对各种多糖的KmKm值都介值都介于双亲酶之间。于双亲酶之间。2 2 是人们可以是人们可以创造具有新活性的杂交酶创造具有新活性的杂交酶。其最便捷的途径就是其最便捷的途径就是调节现有酶的专一性或调节现有酶的专一性或催化活性催化活性。现在所有杂交酶大都属于这类酶。有时单个现在所有杂交酶大都属于这类酶。有时单个氨基酸残基的变化就能够改变酶的催化活性。氨基酸残基的变化就能够改变酶的催化活性。如：如：发酵氨基酸球菌的戊烯二酸辅酶发酵氨基酸球菌的戊烯二酸辅酶A A转移酶转移酶 点突变后，点突变后，可以转化成酚基辅酶可以转化成酚基辅酶A A烃化酶。烃化酶。采用循环点突变和筛选技术，经采用循环点突变和筛选技术，经3 3轮的突变，可构轮的突变，可构建出高活性的能够将甲基癸酸对硝基苯酯进行手性拆建出高活性的能够将甲基癸酸对硝基苯酯进行手性拆分的杂交脂酶。其酶活性可以从野生型的分的杂交脂酶。其酶活性可以从野生型的2%2%上升到上升到81%81%。创造新杂交酶还可以利用功能性结构域的交换，创造新杂交酶还可以利用功能性结构域的交换，以及向合适的蛋白质骨架引入底物专一性和催化特性以及向合适的蛋白质骨架引入底物专一性和催化特性的活性位点等技术。的活性位点等技术。杂杂交交酶酶技技术术还还可可以以用用于于研研究究酶酶的的结结构构和和功功能能之之间间的关系。例如，可以用来确定相关酶之间的差异。的关系。例如，可以用来确定相关酶之间的差异。当当某某个个酶酶的的特特性性在在同同源源酶酶中中缺缺失失时时，人人们们可可以以用用杂交酶技术分析研究与该特性有关的残基或片段等。杂交酶技术分析研究与该特性有关的残基或片段等。近近年年来来，杂杂交交酶酶的的发发展展非非常常迅迅速速，19981998年年就就有有1414个个利利用用杂杂交交酶酶技技术术改改良良的的酶酶，获获得得了了美美国国专专利利。可可以以预预期期，杂杂交交酶酶技技术术必必将将为为酶酶工工程程的的研研究究和和应应用用发发挥挥更更大的作用。大的作用。九极端环境微生物和不可培养微生物的新酶种研究九极端环境微生物和不可培养微生物的新酶种研究自然界蕴藏着巨大的微生物资源自然界蕴藏着巨大的微生物资源据测算据测算1g1g土壤中含有土壤中含有l l亿个微生物。亿个微生物。美美国国华华盛盛顿顿大大学学的的James James StaleyStaley教教授授说说过过，未未知知的的微微生生物物世世界界或或许许是是地地球球上上最最大大的的未未开开发发的的自自然然资资源源，能能够够利利用用这个微生物资源的国家，势必会取得技术上的优势。这个微生物资源的国家，势必会取得技术上的优势。自有酶一词以来，随着研究工作的深入，酶的种类自有酶一词以来，随着研究工作的深入，酶的种类在不断增加。到目前为止，还不知道自然界究竟有多少在不断增加。到目前为止，还不知道自然界究竟有多少种酶。同样，也不清楚，每个细胞内究竟有多少种酶。种酶。同样，也不清楚，每个细胞内究竟有多少种酶。有人估计有人估计大肠杆菌细胞中有大肠杆菌细胞中有“3000“3000种蛋白质，种蛋白质，而真核细胞中有而真核细胞中有5000050000种蛋白质种蛋白质 这些蛋白质中的大多数是酶这些蛋白质中的大多数是酶。如果估计可靠，酶的种类将达到几万种。近来，人们从如果估计可靠，酶的种类将达到几万种。近来，人们从生产实践的需要出发，非常重视开发新的酶种。生产实践的需要出发，非常重视开发新的酶种。现在人们对极端环境微生物和不可培养微生现在人们对极端环境微生物和不可培养微生物研究还很不够这两个资源宝库值得人们去开发。物研究还很不够这两个资源宝库值得人们去开发。人们首先注意从极端环境条件下生长的微生人们首先注意从极端环境条件下生长的微生物内筛选新的酶种。物内筛选新的酶种。其中主要研究其中主要研究 嗜热微生物、嗜热微生物、嗜冷微生物、嗜冷微生物、嗜盐微生物、嗜盐微生物、嗜酸微生物、嗜酸微生物、嗜碱微生物、嗜碱微生物、嗜压微生物嗜压微生物等。等。目前，人们己经发现能够在目前，人们己经发现能够在250-350 250-350 条件下生长条件下生长的嗜热微生物，能够在的嗜热微生物，能够在-10-0-10-0 条件下生长的嗜冷微生条件下生长的嗜冷微生物，能够在物，能够在pH2.5pH2.5条件下生长的嗜酸微生物，能够在条件下生长的嗜酸微生物，能够在pH10pH10以上条件下生长的嗜碱微生物，能够在饱和食盐溶液以上条件下生长的嗜碱微生物，能够在饱和食盐溶液(含含盐盐32%32%或或5.2mol/L5.2mol/L中生长的嗜盐微生物，能够在中生长的嗜盐微生物，能够在10001000个大个大气压条件下生长的嗜压微生物，以及在高温气压条件下生长的嗜压微生物，以及在高温(105)(105)和和高压高压(400(400个大气压个大气压)条件下生长的嗜热嗜压微生物等。这条件下生长的嗜热嗜压微生物等。这就为新酶种和酶的新功能的开发，提供了广阔的空间。就为新酶种和酶的新功能的开发，提供了广阔的空间。其中人们对嗜热微生物的研究最多，有大量文章涌其中人们对嗜热微生物的研究最多，有大量文章涌现。耐高温的现。耐高温的-淀粉酶和淀粉酶和DNADNA聚合酶等也获得广泛的应聚合酶等也获得广泛的应用。用。所谓不可培养微生物是指在实验室内，采用常规培所谓不可培养微生物是指在实验室内，采用常规培养方法培养不出的微生物。而这类微生物约占全部微生养方法培养不出的微生物。而这类微生物约占全部微生物的物的99%.99%.今今天天，我我们们完完全全可可以以绕绕开开菌菌种种分分离离纯纯化化的的步步骤骤，应应用用最最新新分分子子生生物物学学方方法法，直直接接从从这这类类微微生生物物中中，探探索索、寻找有开发价值的、新的微生物基因和新的酶种。寻找有开发价值的、新的微生物基因和新的酶种。十十 酶化学技术进展酶化学技术进展有有机机合合成成是是一一项项非非常常重重要要的的技技术术。它它不不仅仅可可以以构构成成其其他他众众多多研研究究领领域域的的基基础础，而而且且也也能能够够不不断断研研制制开开发发出出各种各样的新产品，以符合经济和社会发展的需要。各种各样的新产品，以符合经济和社会发展的需要。然然而而，有有机机合合成成只只有有经经常常不不断断更更新新和和改改进进其其合合成成的的方方法法，从从“经经典典有有机机化化学学技技术术“中中解解放放出出来来，才才能能满满足足上上述述要要求求。由由于于酶酶的的高高效效和和专专一一性性的的催催化化作作用用自自然然界界中中的的生生物物能能够够在在常常温温、常常压压等等温温和和条条件件下下生生产产出出无无数数的的、结构复杂的化合物。结构复杂的化合物。近近年年来来，随随着着生生物物化化学学和和酶酶化化学学的的进进展展，以以及及基基因因工工程程和和发发酵酵工工程程的的进进步步，有有机机化化学学家家们们越越来来越越重重视视利利用用酶酶和和微微生生物物细细胞胞来来从从事事化化学学合合成成，取取得得了了丰丰硕硕的的成果，并形成了一个新的研究领域成果，并形成了一个新的研究领域-酶化学技术酶化学技术.目前，酶在有机合成中研究和应用的范围不断扩目前，酶在有机合成中研究和应用的范围不断扩大，己经涉及众多类型的化学反应。大，己经涉及众多类型的化学反应。例如，例如，C-0C-0键、键、C-N C-N键、键、P-O P-O键键 C-C C-C键键 断裂和形成，断裂和形成，氧化还原反应，氧化还原反应，异构化反应异构化反应 分子重排反应等分子重排反应等其中在对映体选择性降价、非对映体选择性裂解和其中在对映体选择性降价、非对映体选择性裂解和手性化合物的合成和折分等方面，酶显示了巨大的威力。手性化合物的合成和折分等方面，酶显示了巨大的威力。而手性化合物的合成和拆分，更引人注目。而手性化合物的合成和拆分，更引人注目。在有机合成中在有机合成中所使用的酶，有水解酶类，氧化还原所使用的酶，有水解酶类，氧化还原酶类，裂解酶类，异构酶类，转移酶类等酶类，裂解酶类，异构酶类，转移酶类等。在实际应用。在实际应用中，可以直接中，可以直接利用天然游离酶。为了提高酶的稳定性和利用天然游离酶。为了提高酶的稳定性和催化活性，以及使用的方便，也可以利用化学修饰酶和催化活性，以及使用的方便，也可以利用化学修饰酶和固定化酶固定化酶。近年来，有关酶在有机合成中研究和应用的专著、近年来，有关酶在有机合成中研究和应用的专著、工具书等大量涌现，充分表明酶在有机合成中的应用，工具书等大量涌现，充分表明酶在有机合成中的应用，是酶工程领域一个应该关注的热点课题。是酶工程领域一个应该关注的热点课题。十一十一 有机溶剂（非水酶学）酶反应有机溶剂（非水酶学）酶反应酶通常在水为介质的系统中进行但是，酶反应也能酶通常在水为介质的系统中进行但是，酶反应也能在非水系统内进行在非水系统内进行19841984年以来，美国麻省理工学院年以来，美国麻省理工学院ZaksZaks和和KlibanovKlibanov教授教授为首的研究小组，一直从事非水系统内酶反应的研究，取为首的研究小组，一直从事非水系统内酶反应的研究，取得了引人注目的成果，并由此产生了一个全新的分支学科得了引人注目的成果，并由此产生了一个全新的分支学科-非水酶学，他们发现这类反应具有如下特点非水酶学，他们发现这类反应具有如下特点:1)1)绝大多数有机化合物在非水系统内溶解度很高绝大多数有机化合物在非水系统内溶解度很高;2)2)根根据据热热力力学学原原理理，一一些些在在水水中中不不可可能能进进行行的的反反应应，有有可可能在非水系统内进行能在非水系统内进行;3)3)与水中相比，非水系统内酶的稳定性比较高与水中相比，非水系统内酶的稳定性比较高;4)4)从非水系统内回收反应产物比水中容易从非水系统内回收反应产物比水中容易;在非水系统内酶很易回收和反复使用，不需要进行固定化在非水系统内酶很易回收和反复使用，不需要进行固定化 实实验验结结果果证证明明，在在几几乎乎没没有有水水的的系系统统内内，仍仍可可进进行行各各种种酶酶反应。反应。如在含有如在含有0.3mol/L0.3mol/L丁酸和丁酸和0.3md/L0.3md/L庚醇的己烷中，庚醇的己烷中，脂肪酶催化的酯化反应，脂肪酶催化的酯化反应，2h2h后转化率达后转化率达90%90%以上。以上。在水中进行反应，酯化率在在水中进行反应，酯化率在0.1%0.1%以下。以下。此此外外，在在非非水水系系统统内内，还还能能进进行行酶酶催催化化的的酰酰胺胺水水解解酰基交换、硫酸根交换等反应酰基交换、硫酸根交换等反应另另一一个个特特点点，酶酶不不能能改改变变反反应应的的平平衡衡常常数数，但但是是，利利用用水水-有有机机溶溶剂剂两两相相系系统统，可可以以引引起起实实践践上上很很有有用用的的“表表观观 平衡常数的很大改变平衡常数的很大改变俄罗斯莫斯科大学俄罗斯莫斯科大学MartinekMartinek教授细研究了酶在水教授细研究了酶在水-有有机溶剂两相系统中的平衡理论和动力学。由此发展起来的机溶剂两相系统中的平衡理论和动力学。由此发展起来的理论也可以用于指导生产实践。理论也可以用于指导生产实践。有人己提出在水有人己提出在水-有机溶剂两相系统中，利用有机溶剂两相系统中，利用-淀粉淀粉酶和糖化酶由淀粉生产葡萄糖的方案酶和糖化酶由淀粉生产葡萄糖的方案 3%3%聚乙二醇聚乙二醇(PEG20000)(PEG20000)和和5%5%粗的未分级的葡聚糖系统中，粗的未分级的葡聚糖系统中，底物淀粉部分几乎完全进入下面底物淀粉部分几乎完全进入下面 更亲水的、富含葡聚糖的下相。更亲水的、富含葡聚糖的下相。酶大部分也进入下相。酶大部分也进入下相。而在水解过程中而在水解过程中生成的葡萄糖却更均匀地分布在两相生成的葡萄糖却更均匀地分布在两相中，中，少量的糖化酶进入上相，而将进入该相的低聚糖少量的糖化酶进入上相，而将进入该相的低聚糖(糊精糊精)转转变成葡萄糖变成葡萄糖。从而使上相中葡萄糖的浓度达到。从而使上相中葡萄糖的浓度达到140g/L140g/L 以往，人们都将酶研磨成粉末制成酶的悬浮液，再以往，人们都将酶研磨成粉末制成酶的悬浮液，再在水在水-有机溶剂两相系统中进行酶的催化反应近来有研有机溶剂两相系统中进行酶的催化反应近来有研究组又探索出一种新方法，究组又探索出一种新方法，可使酶溶解而不是悬浮在有可使酶溶解而不是悬浮在有机溶剂中。且找到很多能够溶解酶的有机溶剂，并阐明机溶剂中。且找到很多能够溶解酶的有机溶剂，并阐明了导致有机溶剂中较高蛋白质浓度的规律了导致有机溶剂中较高蛋白质浓度的规律。由此，可以进一步研究溶解在有机溶剂中的天然酶由此，可以进一步研究溶解在有机溶剂中的天然酶的结构和催化特性。因而，必将大大拓宽酶在非水系统的结构和催化特性。因而，必将大大拓宽酶在非水系统中的应用范围。中的应用范围。近来，核磁共振近来，核磁共振X-X-射线衍射和傅立叶变换红外光谱射线衍射和傅立叶变换红外光谱的研究表明：的研究表明：在非水相中，酶分子结构中在非水相中，酶分子结构中螺旋含量减少，螺旋含量减少，-折叠含量增加，折叠含量增加，二级结构有序性增加二级结构有序性增加 因而提高了酶的稳定性。因而提高了酶的稳定性。目前，非水系统中酶的催化作用己广泛地用于药物左物目前，非水系统中酶的催化作用己广泛地用于药物左物大分子、肽类手性化合物化学中间体和非天然产物等的有大分子、肽类手性化合物化学中间体和非天然产物等的有机合成，已经引起了人们的极大的关注。机合成，已经引起了人们的极大的关注。其他方面研究的进展其他方面研究的进展糖生物学和糖基转移酶糖生物学和糖基转移酶 糖糖类类是是自自然然界界分分布布最最广广的的生生物物分分子子。近近来来发发现现，复复合合糖糖类类是是生生物物体体内内除除蛋蛋白白质质和和核核酸酸以以外外的的又又一一类类重重要要的的生物大分子，尤其生物大分子，尤其是一类重要的信息大分子是一类重要的信息大分子。已已经经研研究究证证明明，复复合合糖糖中中的的糖糖链链，在在受受精精发发生生、发发育育进进化化神神经经系系统统和和免免疫疫系系统统恒恒态态的的维维持持方方面面起起着着重重要要作作用用，也也与与机机体体老老化化自自身身免免疫疫疾疾病病的的细细胞胞异异常常增增殖殖和和转转移移，病原体感染等生命现象密切相关。病原体感染等生命现象密切相关。由由于于对对糖糖链链结结构构和和功功能能研研究究的的深深入入，在在8080年年代代末末期期，兴起了一间新的学科兴起了一间新的学科-糖生物学。糖生物学。这一个名词最早是由牛津大学这一个名词最早是由牛津大学DwekDwek教授，在教授，在19881988年年为生化年评中撰写为生化年评中撰写“糖生物学糖生物学”为题的综述时提出为题的综述时提出的，同年牛津大学研制成功了的，同年牛津大学研制成功了N-N-糖链的结构分析仪，并糖链的结构分析仪，并且商品化。现在，随着糖生物学基础研究的发展，以及且商品化。现在，随着糖生物学基础研究的发展，以及基础研究成果进一步深化，又兴起基础研究成果进一步深化，又兴起“糖工程糖工程“的研究。的研究。目前，美国、日本和欧盟各国都非常重视糖生物学目前，美国、日本和欧盟各国都非常重视糖生物学和糖工程的研究和应用糖生物学糖工程中所有重大课和糖工程的研究和应用糖生物学糖工程中所有重大课题都离不开糖链的生物合成，而糖链的生物合成必须有题都离不开糖链的生物合成，而糖链的生物合成必须有糖基转移酶的参与因此，有关糖基转移酶的研究倍受糖基转移酶的参与因此，有关糖基转移酶的研究倍受人们的重视，成为酶工程领域的又一个热点课题。人们的重视，成为酶工程领域的又一个热点课题。目前发现的糖基转移酶有目前发现的糖基转移酶有100100多种。多种。有关糖基转移酶的分布和定位有关糖基转移酶的分布和定位 分子结构和家族份子克隆和表达、分子结构和家族份子克隆和表达、酶的调控和缺失等方面的研究酶的调控和缺失等方面的研究，在这些方面将会取得引人注目的成果。在这些方面将会取得引人注目的成果。酶标药物的进展酶标药物的进展以以往往，人人们们只只是是根根据据某某些些化化合合物物对对某某种种疾疾病病有有一一定定的的治治疗疗作作用用作作为为设设计计药药物物的的线线索索，大大量量合合成成类类似似物物，从从中中进进行行广广泛泛筛筛选选，试试图图获获得得某某种种疗疗效效最最好好的的药药物物。在在人人类类和和疾疾病作斗争中超过很大作用的磺胺类药物就是这样获得的病作斗争中超过很大作用的磺胺类药物就是这样获得的;现现在在人人们们可可以以根根据据药药物物在在生生物物体体内内可可能能的的作作用用目目标标，如如酶酶或或受受体体，来来设设计计药药物物。由由此此获获得得的的药药物物被被称称为为酶酶标标药药物物。目目前前，这这种种设设计计方方法法已已成成为为药药物物设设计计的的主主流流，在在新新药药设计中发挥了巨大作用。设计中发挥了巨大作用。血管紧张素肽转换酶血管紧张素肽转换酶(AcE)(AcE)，抑制既是酶标药物的，抑制既是酶标药物的一个成功的实例，血管紧张素肽在人体内以前体酶标记一个成功的实例，血管紧张素肽在人体内以前体酶标记药物形式分泌出来，经药物形式分泌出来，经ACEACE水解后生成血管紧张素肽，水解后生成血管紧张素肽，从而引起血压升高，因此，从而引起血压升高，因此，人们设想，抑制人们设想，抑制ACEACE可以控可以控制血管紧张素苏的释放，进而就能抑制血压升高。制血管紧张素苏的释放，进而就能抑制血压升高。这一这一设想已经得到证实。目前，设想已经得到证实。目前，ACEACE抑制剂己经成为重要的抑制剂己经成为重要的常用的降压药物。常用的降压药物。细细菌菌对对青青霉霉素素的的耐耐药药性性，是是由由于于在在青青霉霉素素的的诱诱导导下下大大量量合合成成青青霉霉素素酰酰胺胺酶酶，从从而而大大大大加加快快青青霉霉素素的的水水解解造造成成的的。最最近近青青霉霉素素酰酰胺胺酶酶成成为为研研究究的的热热点点。目目前前，人人们们已已经经能能够够利利用用青青霉霉素素酰酰胺胺酶酶除除去去青青霉霉素素分分子子中中的的苄苄基基，代代之之以以其其他他基基团团，而而获获得得能能够够抗抗青青霉霉素素酰酰胺胺酶酶的的新新青青霉霉素。素。同同时时，人人们们正正在在努努力力设设计计能能够够抑抑制制青青霉霉素素酰酰胺胺酶酶的的抑抑制制剂剂，从从而而抑抑制制耐耐药药细细菌菌的的青青霉霉素素酰酰胺胺酶酶，使使青青霉霉素素重新有效。但是还在继续进行中，尚未成功。重新有效。但是还在继续进行中，尚未成功。近近来来的的研研究究发发现现，对对人人类类健健康康构构成成巨巨大大威威胁胁的的艾艾滋滋病病的的感感染染和和传传播播，主主要要是是由由艾艾滋滋病病病病毒毒颗颗粒粒表表面面的的蛋蛋白白酶引起的酶引起的 因因此此，艾艾滋滋病病病病毒毒蛋蛋白白酶酶的的研研究究成成为为一一个个热热点点。人人们们希希望望通通过过对对艾艾滋滋病病病病毒毒蛋蛋白白酶酶抑抑制制剂剂的的研研究究，寻寻找找防防止艾滋病病毒感染和治疗艾滋病的方法止艾滋病病毒感染和治疗艾滋病的方法端粒酶研究进展端粒酶研究进展端粒酶由端粒酶蛋白和端粒酶端粒酶由端粒酶蛋白和端粒酶RNARNA两部分组成。由简两部分组成。由简单重复的单重复的DNADNA序列和结合蛋白质组成，其功能是完成染色序列和结合蛋白质组成，其功能是完成染色体末端的复制，并防止染色体免遭融合重组和降解体末端的复制，并防止染色体免遭融合重组和降解 各种不同生物端粒的结构和功能都非常保守。端粒酶各种不同生物端粒的结构和功能都非常保守。端粒酶是真核细胞内染色体完全复制的关键酶，是一种是真核细胞内染色体完全复制的关键酶，是一种RNARNA依赖依赖的的DNADNA聚合酶。其活性取决于它的聚合酶。其活性取决于它的RNARNA和蛋白质亚基。和蛋白质亚基。端粒酶至少包含两个功能性相互作用的端粒酶至少包含两个功能性相互作用的RNARNA分子，两分子，两者都可充当者都可充当DNADNA聚合作用的模板，端粒酶至少包含两个活聚合作用的模板，端粒酶至少包含两个活性位点端粒酶除了具有反转录活性外，还具有核酸内切性位点端粒酶除了具有反转录活性外，还具有核酸内切酶的活性。酶的活性。最近发现，端粒酶另外一个重要的功能就是合成串联最近发现，端粒酶另外一个重要的功能就是合成串联重复的重复的TTAGGGTTAGGG序列为序列为TRF2TRF2提供结合位，防止染色体的末端提供结合位，防止染色体的末端融合。融合。端粒酶的结构和催化活性都十分重要。端粒酶端粒酶的结构和催化活性都十分重要。端粒酶RNARNA最最先从四膜虫中分离出来有先从四膜虫中分离出来有159159个核苷酸。人的端粒酶的个核苷酸。人的端粒酶的RNARNA有有455455个核苷酸。其模板区为个核苷酸。其模板区为5-CAACCCCAA35-CAACCCCAA3。端粒酶蛋白的研究近来发展较快。端粒酶蛋白的研究近来发展较快。近年来越来越多的近年来越来越多的证据表明，端粒长度控制着衰老进程，证据表明，端粒长度控制着衰老进程，端粒缩短是触发衰端粒缩短是触发衰老的分子钟。老的分子钟。BodnarBodnar等将人的端粒酶基因导人正常的细胞等将人的端粒酶基因导人正常的细胞中，使得端粒酶异常表达。中，使得端粒酶异常表达。活活化化的的端端粒粒酶酶导导致致端端粒粒序序列列异异常常延延长长，细细胞胞旺旺盛盛增增殖殖，细细胞胞寿寿命命大大大大延延长长。端端粒粒长长度度和和端端粒粒酶酶活活性性的的变变化化与与细胞衰老和癌变密切相关。细胞衰老和癌变密切相关。端端粒粒结结合合蛋蛋白白可可通通过过调调节节端端粒粒酶酶的的活活性性来来调调节节端端粒粒长长度度来来控控制制细细胞胞的的衰衰老老和和癌癌变变。近近来来还还发发现现端端粒粒酶酶的的活活性性可可用用作作检检测测肿肿瘤瘤的的重重要要指指标标。因因此此采采用用“抗抗端端粒粒酶酶疗疗法法”，即即研研制制端端粒粒酶酶的的专专一一性性抑抑制制剂剂，对对肿肿瘤瘤的的治治疗疗有有着着非非常常广广阔阔的的前前景景。进进一一步步研研究究探探索索端端粒粒酶酶和和端端粒粒与与衰衰老老和和癌癌变变的的关系，无疑有着重要的理论意义和实用价值。关系，无疑有着重要的理论意义和实用价值。国国内内近近来来用用砒砒霜霜治治癌癌取取得得一一定定的的临临床床疗疗效效。但但砒砒霜霜治治癌癌的的机机理理一一直直不不清清楚楚最最近近，解解放放军军八八一一医医院院的的科科研研人人员员，经经过过4 4年年的的潜潜心心研研究究，终终于于发发现现，砒砒霜霜能能够够抑抑制制肝肝癌癌血血管管的的形形成成，还还能能抑抑制制端端粒粒酶酶的的活活性性。砒砒霜霜能能起起到到高高效效的的抗癌作用。抗癌作用。生物分子发动机研究进展生物分子发动机研究进展分分子子发发动动机机是是指指由由生生物物大大分分子子利利用用化化学学能能/化化学学势势进进行行机机械械作作功功的的机机构构，包包括括线线性性分分子子发发动动机机与与旋旋转转式式分分子子发发动动机机两两大大类类。它它们们参参与与细细胞胞内内的的胞胞质质运运输输