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辽宁省生物大分子计算模拟工程中心

重要生物酶的开发研究

酶是具有生物催化功能的高分子物质,绝大多数酶都是蛋白质。与非生物催化剂相比酶具有极高的催化效率,大多数酶可以将催化反应速率提高几百万倍。并且酶的催化反应具有高度的专一性。然而,天然酶的功能并非特意为工业生产进化出来的,它的性能往往不能满足工业生产的实际需要。例如一般天然酶的半衰期短,易失活,不耐高温,适宜pH范围窄等。为了得到能满足实际生产所需要的酶,可以使用各种手段对酶在分子水平上进行改造,弥补天然酶的缺陷。通过蛇毒激酶、纳豆激酶等研究成果,逐渐完善生物发酵及下游分离纯化工艺,形成一整套工艺流程研发能力。

通过计算机模拟酶的分子动力学和结构,建立起酶改性研究方法,如在纳豆激酶的研究过程中,通过利用蛋白质结构预测、分子动力学模拟、自由能计算等技术筛选出热稳定性显著增强的纳豆激酶突变体。通过对DNA序列计算、比对分析,利用同工酶基因相似原理,预测基因组序列、扩增、合成完整基因,再以适当载体,穿梭进入宿主细胞中,达到基因工程改造高产菌株目的。

如本中心在桦褐孔菌具有抗癌活性的三萜类物质,利用物种之间同工酶在蛋白和基因具有相似性的原理,利用灵芝的鲨烯合酶基因,设计出桦褐孔菌的鲨烯合酶基因特异引物,通过PCR扩增出完整的桦褐孔菌的鲨烯合酶基因,再以穿梭载体,导入桦褐孔菌中,提高桦褐孔菌的鲨烯合酶数量,进一步提高三萜类物质的产量,达到构建高产菌株的目的。

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