诺贝尔获奖情况及创新转化:酶定向进化
酶定向进化:蛋白改造效率推动酶的工业化应用
2018年诺贝尔化学奖颁给了三名生物化学专家。美国科学家弗朗西斯·阿诺德(Frances H. Arnold)获得一半化学奖,以表彰她实现了酶的定向进化;美国科学家乔治·史密斯(George P . Smith)和英国科学家格雷戈里·温特尔(Gregory P . Winter)分享
另一半,以表彰他们实现了多肽和抗体的噬菌体展示技术。 ➢酶和酶催化
酶是一种极为高效的特殊催化试剂,其化学本质是具有催化活性的蛋白质或核酸。相比较一般催化试剂(通常是化学催化试剂),其高效的原因就在于它能更大幅度的降低反应活化能,让反应从底物/原料到产物更容易进行。酶广泛存在于自然界中,根据BRENDA 数据库的统计,迄今(10月3日)已经有8331种酶被收录。
酶催化,也称生物催化(biocatalysis )是指利用酶或者生物有机体(细胞、细胞器、组织等)作为催化试剂进行化学转化的过程,这种反应过程又称为生物转化(biotransformation )。生物催化和发酵统称为“生物合成”(Biosynthesis )。
图表 :酶促反应过程中活化能的改变
诺贝尔奖 中国
图表 :生物催化经历了三次浪潮 生物催化经历了三次浪潮。1)约一个世纪前,科学家发现活体细胞的某些成分可以用于化学转化,但停留在实验室阶段,属于生物催化萌芽阶段;2)上世纪八九十年代,蛋白质工程兴起,扩宽了生物酶的底物范围,使得生物催化的领域拓宽到非天然的医药中间体和
精细化工领域。但此时期主要处于小试规模,没有形成大规模工业化生产;3)上个世纪九十年代中后期,Frances H. Arnold 教授等发明的酶定向进化技术,极大地改变了生物酶催化试剂的蛋白质工程改造效率。
➢酶定向进化
1993年,Arnold 教授首先提出酶分子的定向进化的概念,提出易错PCR (error-prone PCR )方法用于天然酶的改造或构建新的非天然酶。自此,酶分子定向进化技术得到了前所未有的发展和进步。
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