三、计算机辅助的理性设计
随着计算生物学、分子生物学及其它物理和化学辅助检测技术的进一步发展，研究 者对蛋白质的结构与功能的认知也更加深人。此外，相关数据库的信息也越来越丰富。 这些技术和信息为分子改造提供了更多的参考及依据，使得蛋白质的分子改造更为理性。 目前，常用的辅助蛋白质分子理性改造的软件或方法主要有：
生物化工技术
CONTENT
01
生物化工技术
Bio-chemical technology
02
生物催化剂
Biocatalyst
03
生物催化剂进展
Advances in biological catalysts
04
生物催化剂改造进展
Advances in modification of biological catalysts
生物催化剂改造的必要性
活性较低、受限于极端环境 酶分子改造成为热点
~ 定向进化
计算机辅助的理性改造
一、定向进化
①以随机突变为核心 人为引发：突变库的构建、定向选择。
②目的：使目标蛋白较短的时间完成进化过程。
③特点：非理性的突变方法，它不需要知道酶的结构与功能特性。
④包括：1、易错PCR
2、点饱和突变 3、DNA改组
1、多模板同源建模 2、分子对接 3、分子动力学模拟等
结论与展望
1、生物催化备受关注。
2、提高目标酶的命中率、降低工作量及节省工作时间。
3、这些技术存在一定的缺陷。
4、更多酶的三维结构被测定
5、酶的缺陷设计流程
人为的改造酶，以适合生产的需求
生物催化也定会迎来第四次的发展浪潮。
高污染、高能耗——化学催化
转向
低污染、低能耗——生物催化
三种方法：学克隆 总DNA（宏基因组）构建和筛选 质生理活性物或
设计引物
遗传多样性和分子生态学信息
宏基因组学
优点：
避开了微生物分离培养问题，扩展利用空间。
缺点：
筛选工作量非常大
因此
筛选酶的研究也主要集中在那些底物水解后能形成明显的透明 圈或者是结合了某种染料的底物被水解后能形成透明圈的酶类。
基因组挖矿技术
这一术语已被用于多种领域，主要是指开发基因组信 息以发现一些新的过程、靶点和产物。
04 PART FOUR
生物催化剂改造进展
Advances in modification of biological catalysts
生物催化剂
Biocatalyst
概念
生物催化
生物催化剂 工业用生催化剂
生物催化
利用酶或者生物有机体（细胞、细胞器、组织等）作 为催化剂进行化学转化的过程
生物催化剂
生物反应过程中起催
化作用的游离或固定化
生
细胞的总称
物
要
发
光
需
要
体
内
的
酶
参
与
工业生物催化剂 游离或固定化的酶或活细胞的总称
生物催化剂来源
一 从动物肝脏或植物中直接提取
二 来自微生物细胞
三 原核微生物
几大特点
高度专一
生物催化剂
条件温和
效率高
清洁环保
与传统的化学催化相比，生物催化具有显著的优势
特点
高度专一
特点
效率高
条件温和
生物催化剂的应用
1、在有机合成方面的应用 2、在食品工业中的应用 3、在医学中的应用
03 生物催化剂进展
PART THREE Advances in biological catalysts
点饱和突变
点饱和突变
DNA改组
DNA分子的体外重组，是基因在分子水平上进行有性重组。通过改变单个 基因(或基因家族)原有的核苷酸序列，创造新基因，并赋予表达产物以新功能。
与易错RCR：改组发生更大程度的改变 同源改组——非同源改组
DNA改组
二、半理性设计
介于定向进化与理性设计之间的一种方法。当一个酶的结构(尤其是酶与底物复合物 的结构)被测定以后，研究者可以更深入地研究酶与底物的作用关系，进而可以进行基于 结构分析的半理性设计。若再结合前人成功改造的经验可以大大提高改造的成功率，降 低改造的工作量和成本。此外，将一些性能优良的酶的序列和/或结构与目标酶进行仔细 比对分析，也能获得一些模糊的结构与功能关系，根据这些信息研究者也能缩小突变位 点的范围，进一步可以大大缩小突变库的容量，显著提高有益突变体的概率，降低筛选 的工作量。
02
01 PART ONE
生物化工技术
Bio-chemical technology
利用生物技术结合化学工程原理进行化学品的 加工生产过程。
生物化工涉及的主要领域
生物催化
能源生物工程
酶工程与酶制剂
生物化工领域
基因工程和组织工程
生物制药
.......
21世纪生物化工发展框架
02 PART TWO
易错PCR
改变PCR反应条件调整突变频率，降低聚合酶固有的突变序列的倾向性，提 高突变谱的多样性，得到随机突变的DNA群体，最后用合适的载体克隆突变基 因。
关键：合适突变频率的选择
理想的碱基置换率和易错的最佳条件主要依赖于突变的DNA片段的长度。
点饱和突变
将欲突变的位点分别用其它19种氨基酸进行替代 需要构建较多的突变体，工作量仍然较大，同样也需要较灵敏 的蹄选方法