酶和蛋白定向突变的介绍

背景及概述^[1-3]

酶和蛋白定向突变又称定向进化说。一种已被科学界否定了的进化学说。认为由于一种神秘的内在力量，使许多生物在漫长的时期内，总是向着一个预定的方向演变。直生论者常以马科动物的化石为例，说明它们按着身体由小到大、齿冠由矮到高、趾数由多到少的预定方向进化。但美国古生物学家辛普森(G.G.Simpson)指出，马科动物进化过程中曾有过无数的分支，并非直线演变的；联系到环境的变化，决不是定向变异而是定向选择的结果。直生论中的所谓内在力量，在不同的学者有不同的说法，拉马克称之为生物“向上发展的欲求”，伯格森(H.Berg-son)和德日进(P.TeilharddeChardin)称之为“神秘的力量”，奥斯本(H.F.Osborn)和沃思(E.Werth)则称之为“定向突变的过程”等等。酶和蛋白定向突变应用最广泛的两种技术是易错PCR(errorpronePCR)和DNA改组(DNAshuffling)。其中易错PCR技术是在体外扩增目的基因时以一定的频率在基因内部引入点突变，由于突变只发生在单一分子内部，属于无性进化。与易错PCR不同，DNA改组技术是利用重叠延伸PCR技术，将已获得的存在于不同基因中的多突变信息随机重组到同一个DNA分子，形成新的基因随机突变库，属于有性进化。

酶和蛋白定向突变举例如下：一种定向突变的基因工程巴曲酶，能使含抗凝剂的动物血浆凝固，所述定向突变的基因工程巴曲酶氨基酸序列相对于天然的巴曲酶氨基酸序列的C-末端删除了十个氨基酸，同时第133位的Tyr突变为Glu。定向突变的意义就在于，通过定向突变，增强活性中心的负电势区域的负电势，进而增强酶与底物结合时的静电相互作用，提高巴曲酶与底物的亲和力，从而提高酶活效率。在国内外还未见对巴曲酶进行定向改造的研究报道。将人工合成定向改造的巴曲酶的结构基因插入到酵母菌表达载体pPIC9K和pPICZα中，在酵母菌中实现分泌表达。确定了酵母菌发酵表达条件，并对表达产物进行分离纯化，得到了高活性的基因工程巴曲酶。结果表明，基因工程巴曲酶较天然巴曲酶的比活性提高了一倍多。产率达16mg/L发酵液。

主要参考资料

[1] CN201110310945.X获得定向突变基因的方法和基于其发现的酸性β-1，3-1，4-葡聚糖酶

[2] 中国成人教育百科全书·生物·医学

[3] CN200510047334.5一种定向突变的基因工程巴曲酶及用途