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蛋白质酶定向分子进化

发布时间:2021年8月28日  更新时间:2025年10月12日
作者:未知  文章ID:51141  浏览:

【原文】
    蛋白质酶定向分子进化
    酶是由20种天然氨基酸组成的,它涉及生命的各个方面。酶的多样性是指其结构和功能的多样性,而这种多样性主要是由各种氨基酸按不同的顺序聚合,形成不同长度的肽链来实现的。
    对酶分子的研究是利用各种生物化学、晶体学、光谱学等方法对天然酶或其突变体进行研究,获得酶分子特征、空间结构、结构和功能之间关系等方面的信息,并以此为依据对酶分子进行改造,称为酶分子的合理设计;与此相对应,不需要准确的酶分子结构信息而通过随机突变和筛选等方法对其进行改造,则称为酶分子的非合理设计。
    酶定向分子进化属于蛋白质的非合理设计,它不需事先了解酶的空间结构和催化机制,而是人为地创造特殊的进化条件,模拟自然进化机制(随机突变、基因重组和自然选择),在体外改造酶基因,并定向选择(或筛选)出所需性质的突变酶。
    天然酶通常缺乏商业价值的催化功能及其他性质。因此对天然酶分子水平上的改造显得十分重要。天然酶在自然条件下已经进化了千百万年,但是酶分子仍然蕴藏着巨大的进化潜力,这是酶体外定向进化的基本先决条件。天然酶在生物体内存在的环境与酶的实际应用环境不同。它的活力和稳定性不适应在有机相中完成催化反应。这就为该酶在新的筛选条件下(有机相中)提供了适应条件的进化空间。实际应用中,总是期待酶的活力和稳定性越高越好,这样可以加快反应速度、提高酶的利用率、降低反应成本,但在生物体内更重要的是各种生物分子之间的协同作用,作为一个整体去适应环境。
    酶定向分子进化是从一个或多个已经存在的亲本酶(天然的或者人为获得的)出发,经过基因的突变和重组,构建一个人工突变酶库,通过筛选最终获得预期的具有某些特性的进化酶。我们以对单一酶分子基因进行定向改造为例,来说明酶分子定向进化的基本实验路线。在待进化酶基因的PCR扩增反应中,利用Taq DNA多聚酶不具有3’→5’校对功能,并控制突变库的大小使其与特定的筛选容量相适合,选择适当条件以较低的比率向目的基因中随机引入突变,进行正向突变间的随机组合以构建突变库,凭借定向的选择(或筛选)方法,选出所需性质的优化酶,从而排除其他突变体。也就是说,定向进化的基本规则是“获取你所筛选的突变体”。酶定向分子进化过程完全是在人为控制下进行的,是酶分子向着人们期望的特定目标进化。

【问题】
    15.下列对“酶定向分子进化”的理解,符合文意的一项是(    )
    A.是指将构成酶的氨基酸重新聚合改变其排列的顺序。
    B.是对其突变体进行研究后根据所获得的信息进行改造。
    C.是突变体在自然的环境作用下,按其一定的方向突变。
    D.是人为引发酶的基因突变和重组后筛选出所需突变体。
    16.请概括酶分子定向进化的基本实验过程。
    过程:
    17.请简要概括本文的主要内容。(不超过26个字)
    18.根据本文提供的信息,下列推断错误的一项是(    )
    A.酶分子定向进化属于非合理设计,是产生新的蛋白质的最有效方法。
    B.酶分子定向进化是十分重要的,这种方法将增加天然酶的商业价值。
    C.酶分子定向进化正在工业、农业和医药等领域逐渐显示它的生命力。
    D.酶分子定向进化将获得预先期望的进化酶,从而满足人们生活需要。

【参考答案】
    15.D(A“改变其排列的顺序”的说法是针对酶的多样性而言;B“根据所获得的信息进行改造”是说酶分子的合理设计;C“自然的环境”的说法有误,应是“人为的环境”。)
    16.过程:随机突变(1分)→正向重组(1分)→定向选择(1分)
    或过程:随机引入突变+正向随机组合+定向筛选(选出优化酶,排除其他突变体)。
    17.答题要点:①酶分子(1分)
    ②酶的结构或酶的进化条件(1分)
    ③酶定向进化的基本规律或酶进化实验的基本过程(1分)
    参考答案:酶分子定向进化的条件和进化实验的基本过程。或:蛋白质酶的结构及定向进化的基本规律。
    18.A(“是产生新的蛋白质的最有效方法”的说法绝对,应该加“之一”。)

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