酶分子定向進化理論

酶分子的定向進化（directed evolution），是一種蛋白質的非合理設計，可以人為的創造特殊的進化條件，模擬自然進化機制，在體外改造基因，並定向選擇出所需性質的突變酶。

基本介紹

• 中文名：酶分子定向進化
• 外文名：Directed evolution

定義

長期以來，人們對酶分子的研究可以分為認識和改造兩個方面。對酶分子的認識是利用各種生物化學、晶體學、光譜學等方法對天然酶或其突變體行研究，獲得酶分子特徵、空間結構、結構和功能之間關係以及胺基酸殘基功能等方面的信息，以此為依據對酶分子進行改造，稱為酶分子的合理設計。與此相對應．不需要準確的群分子結構信息而通過隨機突變、基因重組、定向篩選等方法對其進行改造，則稱為酶分子的非合理設計。非合理設計的實用性鞍強，往往可以通過隨機產生的突變，改進酶的特性。

研究進展

研究熱點

酶分子改造幾十年來的研究主要集中於兩個方面，一是基於序列的合理化設計方案(sequential rational design)，如化學修飾、定點突變(site-directed mutagenesis)等；二是利用基因的可操作性，模擬自然界的演化進程的非合理設計方案(irrational design)．如定向進化、雜合進化(hybrid evolution)等。

研究現狀

對酶分子的設計與改造方面，是基於基因工程、蛋白質工程和計算機技術互補發展和滲透的結果，它標誌著人類可以按照自己的意願和需要改造酶分子，甚至設計出自然界中原來並不存在的全新的酶分子。酶分子人為改造還不成熟的情況下，通過定點突變技術改造成功了大量的酶分子，獲得了比天然酶活力更高、穩定性更好的工業用酶。但總體來說，我們的能力並未達到對複雜生物體系進行有效的人為改造的水平。近年來，易錯PCR、DNA改組（DNA shuffling）等技術的套用，在對目的基因表型有高效檢測篩選系統的條件下，建立了酶分子的定向進化策略，儘管不清楚酶分子的結構．仍能獲得具有預期特性的新酶，基本實現了酶分子的人為快速進化。