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1、酶学和酶工程研究今后的方向、进展、热点问题,二十一世纪是生物学世纪，将在生物学领域有所发明，有所发现。在酶学和酶工程领域会有哪些进展呢？在21世纪国际酶学和酶工程若干热点和前沿课题的研讨会上科学家提供了一些观点，值得提供给大家。,一、基因工程和蛋白质工程的应用有关基因工程在酶工程领域的研究文章大量涌现。运用基因工程技术可以有什么好处？改善原有酶的各种性能，1.如提高酶的产量、2.增加酶的稳定性、3.使酶适应低温环境、4.提高酶在有机溶剂中的反应效率、5.使酶在后提取工艺和应用过程中更容易操作等，6.运用基因工程技术也可以将原来有害的;未经批准的微生物产生的酶的基因;,7.或由生长缓慢的动植物产
2、生的酶的基因，克隆到安全的、生长迅速的、产量很高的微生物体内，改由微生物来生产。8.运用基因工程技术还可以通过增加编码该酶的基因的拷贝数，来提高微生物产生的酶的数量这一原理已成功地应用于酶制剂的工业生产 目前，世界上最大的工业酶制剂生产厂商丹麦诺维信公司，由原诺和诺德公司酶制剂部独立而成)生产酶制剂的菌种约有80%是基因工程菌由基因工程发展起来的蛋白质工程更加吸引人们的广泛关注。在兴起之初，主要采用定点突变技术，,对天然酶蛋白进行改造，已经取得很多成果。例如，将T4溶菌酶的第51位苏氨酸转变成脯氨酸，使该酶对ATP的亲和力增强，酶活力提高了25倍。但定点突变技术只能对天然酶蛋白中某些氨基酸残基
3、进行替换，酶蛋白的高级结构基本维持不变，因此对酶的功能的改造非常有限 不过，如果通过多代遗传将突变积累起来，也可以较好地拓展酶的功能。,近来，Arndd利用所谓“定向酶进化”技术，在试管中模拟达尔文进化论的关键过程。先进行无序突变和重组，继而进行筛选，再通过多代遗传，可以大大改进和拓展酶的功能。近来国际上又提出酶蛋白全新设计的概念。,众所周知，蛋白质的空间结构由其氨基酸的序列控制，而其功能又与结构密切有关。据计算，300个氨基酸可以组成10390种不同序列的蛋白质。而从生物出现以来，自然界估计有1055种蛋白质即绝大多数新序列和新功能的蛋白质或酶，在许多亿年的生物进化过程中还没有出现过或者没有
4、研究过的酶，有待我们去开发和创造基因工程的飞速发展，我们可以通过研究能够获得自然界原先并不存在的、具有全新结构和功能的蛋白质同样，这一项新技术也可以用于组建自然界原先并不存在的、结构和功能全新酶蛋白。,在确定设计目标后，先根据一定规则产生初始序列，经过结构预测和构建模型，对序列进行初步的修改，然后进行基因表达或多肽合成，再经结构检测，确定是否与原定目标相符。并根据检测结果，指导进一步的设计。,尽管目前对蛋白质全新设计的理论基础，即蛋白质折叠规律的认识还不够深入，蛋白质全新设计还处在探索阶段，但定，其应用前景非常诱人，值得深入探索和研究,二、酶在环境治理方面的应用研究当前，环境污染己经成为制约人
5、类社会发展的重要因素我国每年排出大量废水(416亿吨)废气和烟尘(2000万吨)，以及固体废弃物(1000亿吨)，污染规模达到相当严重的地步美国也有大量土地、淡水和海水区域被污染。据估计，仅治理被污染的土地一项，就耗资巨大。原先人们常用的化学方法和物理方法，己经很难达到完全清除污染物的目的。,微生物在环境治理方面发挥了十分巨大的作用，最常用、最成熟的活性污泥废水处理技术，就是依靠了微生物的作用、同样，各种微生物酶能够分解糖类、脂肪、蛋白质，纤维素、木质素;环烃、芳香烃、有机磷农药、氰化物、某些人工合成的聚合物等，正成为环境保护领域研究的一个热点课题,三、人工合成酶和模拟酶 酶的高度催化活性以及
6、酶在工业上应用带来巨大经济效益，促使人们研究人工合成的酶型催化剂通常，人们将人工合成时具有类似酶活性的聚物称之为人工合成酶。人工合成酶在结构上必具有两个特殊部位，即一个是底物结合位点，一是催化位点。已经发现，构建底物结合位点比较容易，而构建催化位点比较困难两个位点可以分设计。,但是已经发现，如果人工合成酶有一个反应过渡态的结合位点，则该位点常常会同时具有结合位点和催化位点的功能人工合成酶通常也遵循Michaelis-Menten方程，例如高分子聚合物聚-4-乙烯基吡啶-烷化物，具有糜蛋白酶的功能，含辅基或不含辅基的高分子聚合物，具有氧化还原酶、参与光合作用的酶和各种水解酶等功能。在“模拟酶”方
7、面，固氮酶的模拟最令人瞩目。人们从天然固氮酶由铁蛋白和铁钼蛋白两种成分组成得到启发，提出了多种固氮酶模型。,如过渡金属(铁、钴、镍等)的氮络合物，过渡金属(钒、钛等）的氮化物，石墨络合物，过渡金属的氨基酸络合物等;此外，利用铜、铁、钴等金属的络合物，可以模拟过氧化氢酶等近来，国际上又发展起一种分子压印技术，又称为生物压印(bidimprinting)技术。该技术可以借助模板在高分子物质上形成特异的识别位点和催化位点。目前，此项技术已经获得广泛的应用。例如，模拟酶可用于催化反应，分子压印的聚合物可用作特制的分离材料，,抗体和受体结合位点的模拟物可用于识别和检测系统，分子压印的聚合物可用作生物传感
8、器的识别单元。有专家在演讲中介绍了人工合成酶在氧化还原反应方面的进展。他将天然酶和人工合成酶置于膜反应器内，比较了二者在连续氧化还原反应系统中的反应能力。转换频率 空间时间产率天然酶 高 低人工合成酶 低 高在使用有机溶剂和各式各样不同的底物方面，人工合成酶也要比天然酶优越得多,四.核酸酶 抗体酶近年来，人们发现去除蛋白质的RNA和DNA也具有催化功能，1982年Cech发现四膜虫的26SrRNA的前体，在没有蛋白质存在的情况下，能够进行内含子的自我剪接，形成成熟的rRNA，证明RNA分子具有催化功能，并将其称为核酸酶,也有人称为核酶)。1995年Cuenoud又发现某些DNA分子也具有催化功
9、能，改变了只有蛋白质才能有催化功能的传统观念，也为先有核酸，后有蛋白质，提供了进化的证据。,进一步研究发现核酸酶是一种多功能的生物催化剂，不仅可以作用于RNA和DNA，而且还可以作用于多糖、氨基酸酯等底物。核酸酶还可以同时具有信使编码功能和催化功能，实现遗传信息的复制转录和翻译，是生命进化中最简单最经济最原始的、催化核酸自身复制、加工的方式。核酸酶具有核苷酸序列的高度专一性这种专一性使核酸酶具有很大的应用价值。只要知道某种核酸的核苷酸序列，就可以设计并合成出催化其自我切割和断裂的核酸酶。,我们知道，动植物病毒的基因组由核酸组成 根据这些基因组的全部序列，就可设计并合成出防治一些病毒引起的人、畜
10、和植物病毒病的核酸酶。例：能够防治流感、肝炎及滋病和烟草花叶病等 核酸酶也可以用来治疗某些遗传病和癌症。核酸酶还可以用作研究核酸图谱和基因表达的工具。一般说来，人工合成的模拟酶与天然酶的催化效率相差较大，且反应类型大都为水解反应。,人们从酶与底物过渡态中间物是酶催化过程中的关键一步得到启发，结合到抗原引起生物体内抗体的合成，以及抗原和抗体的紧密结合，设想考虑利用抗原抗体相互作用原理来模拟酶的催化作用。人们设想以一些底物过渡态中间物的类似物作半抗原，诱导合成与其结构互补的相应抗体，试图得到能够催化上述物质进行活性反应的酶。1986年这种努力在实验室里获得了成功，为人工合成酶和模拟酶，开创了一条崭
11、新的途径。人们将这种具有催化活性的抗体称为抗体酶)，又称催化抗体。,抗体酶在本质上是免疫球蛋白，人们在其易变区赋予了酶的催化活性。抗体是目前已知的最大的多样性体系，但无催化活性。而抗体酶则具有较高的催化活性。制备抗体酶的方法 主要有诱导法、拷贝法、插入法、化学修饰法基因工程法。,抗体酶的催化效率远比模拟酶高;同时，从原理上讲，只要能找到合适的过渡态类似物，几乎可为任何化学反应提供全新的蛋白质催化剂-抗体酶。目前抗体酶催化的反应，除水解反应外，催化合成反应，交换反应，闭环反应，异构化反应、氧化还原反应等。,此外，与模拟酶相比，抗体酶表现出一定程度的底物专一性和立体专一性。业已证明，抗体酶可以在体
12、内执行催化功能。抗体梅的应用前景非常诱人。抗体酶已经用于酶作用机理的研究，手性药物的合成和拆分，抗癌药物的制备目前人们正在致力于提高抗体酶的作用效率，期望在深入了解酶的作用机理，以及抗体和酶结构和功能的基础上，能够真正按照人们的意愿构建出具有特定催化活性和专一性的催化效率高的能满足各种用途需要的抗体酶,五.分子酶学研究分子结构和功能的关系到1999年1月。在Brookhaven蛋白质资料库中己经收集到8000多个蛋白质结构，其中酶的结构有4800个。近年来，多标记和多维技术的发展，使得利用核磁共振检测生物高分子物质的结构成为可能。近年来，利用NMR技术解析酶的研究迅速发展对某些蛋白质进行动态结
13、构的研究，如测定肌红蛋白。近来，基因定点突变技术的广泛应用，使酶的结构与功能的关系的研究，将在今后的研究中会取得突破性的进展。,六.功能酶学进展从1990年开始的、被称为生物学的“阿波罗登月计划”的人类基因组计划，是整个生物学领域人力、物力和财投入最大的一项巨大工程。其任务是完成人体23对染色体、约10万个基因、30亿对碱基的DNA的全序列测定，原来计划2005年完成。有美国、日本、中国等国家合作，已经于2000年6月26日公布了人类基因组的基本框架。预计，将在2002年全部完成。今年4月在上海开的国际人类基因组会议提出，明年上半年公布全部结果，供全世界使用。,2001年2月12日美日英中德等
14、国的科学家和美国的塞莱拉公司，联合公布了在原“工作框架图”基础上经过整理分类和排列而得到的人类基因组图谱和初步分析结果。每种生物只有一个基因组。但每种生物的不同细胞的蛋白质的组成和数量不同，其功能状态也不同而有很大差异。因此，基因组是唯一的，但基因组内成千上万个基因并不在相同时间内全部得到表达。即使得到表达，其表达程度也各不相同,当然，基因的表达并非是无序进行的，而是有内在的规律。不同的基因有其各自不同的表达模式这正是基因调控的结果。基因组研究的根本目的是揭示整个生命活动的规律。人类基因组全序列的测定完成后，只是解决了人类全部基因DNA序列问题(即遗传信息库问题)，今后人们必须进一步了解这些基
15、因的功能，以及这些基因如何发挥其功能。因此功能基因组的研究在今后的研究中就非常重要。,实际上，每一种生命活动形式都是由特定的蛋白质类群在不同时间和空间存在，发挥其不同组合功能的综合结果。基因DNA的序列并不能提供上述全部信息，仅用核酸的语言还不能描述整个生命活动的规律。在基因表达过程中，还存在基因剪接、蛋白质翻译后修饰及蛋白质剪接，使基因遗传信息的表达规律更加复杂。一个基因对应一个蛋白质的经典理论已经被实践所否定。已发现，一个基因可以表达的蛋白质的数目可能远大于l。对细菌而言，可能表达的蛋白质数目为1.2-1.3;对酵母而言，则为3;而对于人，则可以高达I0。,即人类3.5万个基因表达的蛋白质
16、数目可能高达35万。在基因编码的蛋白质中，酶占了大约为60%。因此，后基因组研究，亦即功能基因组研究中，酶蛋白质组研究的任务极为繁重。,七.酶的定向固定化问题酶固定化以后活性部分失去，甚至全部失去。一般认为酶活性的失去是由于酶蛋白通过几种氨基酸残基在固定化载体上的附着造成的，这些氨基酸残基主要有:赖氨酸的(-氨基和N-末端氨基,疏基，天门冬氨酸和谷氨酸的羧基等）。由于酶蛋白多点附着在载体上用起了固定化酶蛋白无序的定向和结构变形的增加。这种增加直接导致酶活性下降或者丢失。,近来，国外的研究者们在探索酶蛋白质的固定化技术方面，己经寻找到几条不同途径，使酶蛋白能够以有序方式附着在载体上，有一定的定向
17、作用，而使酶活性的损失降低到最小程度。酶蛋白的固定化技术具有以下一些优点:a.每个酶分子通过其一个特定的位点以可重复的方式进行固定化，b.蛋白质的定向固定化技术有利于进了步研究蛋白质结构c.这种固定化技术可以借助一个与酶蛋白的酶活性无关或影响很小的氨基酸来实现。,目前所用的方法：1)借助化学方法的位点专一性固定化;2)磷蛋白的位点专一性固定化;3)糖蛋蛋白的位点专一性固定化;4)抗体(免疫球蛋白)的位点专一性固定化;5)利用基因工程的位点专一性固定化。以及共价固定化、氨基酸置换、疏水定向固定化等这种有序的、定向固定化技术己经用于生物芯片、生物传感器、生物反应器、临床诊断药物设计、亲和层析及蛋白
18、质结构和功能的研究。,八 杂交酶 所谓杂交酶是指由来自两种或两种以上的酶的不同结构片段构建成的新酶。杂交酶的出现及其相关技术的发展，为酶工程的研究和应用开创了一个新的领域。是人们可以利用高度同源的酶之间的杂交，将一种酶的耐热性、稳定性等非催化特性“转接”给另一种酶。这种杂交是通过相关酶同源区间残基或结构的交换来实现的，杂交酶的特性通常介于其双亲酶的特性之间。,例如，利用根癌土壤杆菌和淡黄色纤维弧菌的-葡萄糖苷酶进行杂交，构建成的杂交-葡萄糖苷酶，其最佳反应条件和对各种多糖的Km值都介于双亲酶之间。2 是人们可以创造具有新活性的杂交酶。其最便捷的途径就是调节现有酶的专一性或催化活性。现在所有杂交
19、酶大都属于这类酶。有时单个氨基酸残基的变化就能够改变酶的催化活性。,如：发酵氨基酸球菌的戊烯二酸辅酶A转移酶 点突变后，可以转化成酚基辅酶A烃化酶。采用循环点突变和筛选技术，经3轮的突变，可构建出高活性的能够将甲基癸酸对硝基苯酯进行手性拆分的杂交脂酶。其酶活性可以从野生型的2%上升到81%。创造新杂交酶还可以利用功能性结构域的交换，以及向合适的蛋白质骨架引入底物专一性和催化特性的活性位点等技术。,杂交酶技术还可以用于研究酶的结构和功能之间的关系。例如，可以用来确定相关酶之间的差异。当某个酶的特性在同源酶中缺失时，人们可以用杂交酶技术分析研究与该特性有关的残基或片段等。近年来，杂交酶的发展非常迅
20、速，1998年就有14个利用杂交酶技术改良的酶，获得了美国专利。可以预期，杂交酶技术必将为酶工程的研究和应用发挥更大的作用。,九极端环境微生物和不可培养微生物的新酶种研究自然界蕴藏着巨大的微生物资源据测算1g土壤中含有l亿个微生物。美国华盛顿大学的James Staley教授说过，未知的微生物世界或许是地球上最大的未开发的自然资源，能够利用这个微生物资源的国家，势必会取得技术上的优势。,自有酶一词以来，随着研究工作的深入，酶的种类在不断增加。到目前为止，还不知道自然界究竟有多少种酶。同样，也不清楚，每个细胞内究竟有多少种酶。有人估计大肠杆菌细胞中有“3000种蛋白质，而真核细胞中有50000种
21、蛋白质 这些蛋白质中的大多数是酶。如果估计可靠，酶的种类将达到几万种。近来，人们从生产实践的需要出发，非常重视开发新的酶种。,现在人们对极端环境微生物和不可培养微生物研究还很不够这两个资源宝库值得人们去开发。人们首先注意从极端环境条件下生长的微生物内筛选新的酶种。其中主要研究 嗜热微生物、嗜冷微生物、嗜盐微生物、嗜酸微生物、嗜碱微生物、嗜压微生物等。,目前，人们己经发现能够在250-350 条件下生长的嗜热微生物，能够在-10-0 条件下生长的嗜冷微生物，能够在pH2.5条件下生长的嗜酸微生物，能够在pH10以上条件下生长的嗜碱微生物，能够在饱和食盐溶液(含盐32%或5.2mol/L中生长的嗜
22、盐微生物，能够在1000个大气压条件下生长的嗜压微生物，以及在高温(105)和高压(400个大气压)条件下生长的嗜热嗜压微生物等。这就为新酶种和酶的新功能的开发，提供了广阔的空间。,其中人们对嗜热微生物的研究最多，有大量文章涌现。耐高温的-淀粉酶和DNA聚合酶等也获得广泛的应用。所谓不可培养微生物是指在实验室内，采用常规培养方法培养不出的微生物。而这类微生物约占全部微生物的99%.今天，我们完全可以绕开菌种分离纯化的步骤，应用最新分子生物学方法，直接从这类微生物中，探索、寻找有开发价值的、新的微生物基因和新的酶种。,十 酶化学技术进展有机合成是一项非常重要的技术。它不仅可以构成其他众多研究领域
23、的基础，而且也能够不断研制开发出各种各样的新产品，以符合经济和社会发展的需要。然而，有机合成只有经常不断更新和改进其合成的方法，从“经典有机化学技术“中解放出来，才能满足上述要求。由于酶的高效和专一性的催化作用自然界中的生物能够在常温、常压等温和条件下生产出无数的、结构复杂的化合物。,近年来，随着生物化学和酶化学的进展，以及基因工程和发酵工程的进步，有机化学家们越来越重视利用酶和微生物细胞来从事化学合成，取得了丰硕的成果，并形成了一个新的研究领域-酶化学技术.目前，酶在有机合成中研究和应用的范围不断扩大，己经涉及众多类型的化学反应。例如，C-0键、C-N键、P-O键 C-C键 断裂和形成，氧化
24、还原反应，异构化反应 分子重排反应等,其中在对映体选择性降价、非对映体选择性裂解和手性化合物的合成和折分等方面，酶显示了巨大的威力。而手性化合物的合成和拆分，更引人注目。在有机合成中所使用的酶，有水解酶类，氧化还原酶类，裂解酶类，异构酶类，转移酶类等。在实际应用中，可以直接利用天然游离酶。为了提高酶的稳定性和催化活性，以及使用的方便，也可以利用化学修饰酶和固定化酶。近年来，有关酶在有机合成中研究和应用的专著、工具书等大量涌现，充分表明酶在有机合成中的应用，是酶工程领域一个应该关注的热点课题。,十一 有机溶剂（非水酶学）酶反应酶通常在水为介质的系统中进行但是，酶反应也能在非水系统内进行1984年
25、以来，美国麻省理工学院Zaks和Klibanov教授为首的研究小组，一直从事非水系统内酶反应的研究，取得了引人注目的成果，并由此产生了一个全新的分支学科-非水酶学，他们发现这类反应具有如下特点:,1)绝大多数有机化合物在非水系统内溶解度很高;2)根据热力学原理，一些在水中不可能进行的反应，有可能在非水系统内进行;3)与水中相比，非水系统内酶的稳定性比较高;4)从非水系统内回收反应产物比水中容易;在非水系统内酶很易回收和反复使用，不需要进行固定化,实验结果证明，在几乎没有水的系统内，仍可进行各种酶反应。如在含有0.3mol/L丁酸和0.3md/L庚醇的己烷中，脂肪酶催化的酯化反应，2h后转化率达
26、90%以上。在水中进行反应，酯化率在0.1%以下。此外，在非水系统内，还能进行酶催化的酰胺水解酰基交换、硫酸根交换等反应另一个特点，酶不能改变反应的平衡常数，但是，利用水-有机溶剂两相系统，可以引起实践上很有用的“表观平衡常数的很大改变,俄罗斯莫斯科大学Martinek教授细研究了酶在水-有机溶剂两相系统中的平衡理论和动力学。由此发展起来的理论也可以用于指导生产实践。有人己提出在水-有机溶剂两相系统中，利用-淀粉酶和糖化酶由淀粉生产葡萄糖的方案 3%聚乙二醇(PEG20000)和5%粗的未分级的葡聚糖系统中，底物淀粉部分几乎完全进入下面 更亲水的、富含葡聚糖的下相。酶大部分也进入下相。而在水解
27、过程中生成的葡萄糖却更均匀地分布在两相中，少量的糖化酶进入上相，而将进入该相的低聚糖(糊精)转变成葡萄糖。从而使上相中葡萄糖的浓度达到140g/L,以往，人们都将酶研磨成粉末制成酶的悬浮液，再在水-有机溶剂两相系统中进行酶的催化反应近来有研究组又探索出一种新方法，可使酶溶解而不是悬浮在有机溶剂中。且找到很多能够溶解酶的有机溶剂，并阐明了导致有机溶剂中较高蛋白质浓度的规律。由此，可以进一步研究溶解在有机溶剂中的天然酶的结构和催化特性。因而，必将大大拓宽酶在非水系统中的应用范围。,近来，核磁共振X-射线衍射和傅立叶变换红外光谱的研究表明：在非水相中，酶分子结构中螺旋含量减少，-折叠含量增加，二级结
28、构有序性增加 因而提高了酶的稳定性。目前，非水系统中酶的催化作用己广泛地用于药物左物大分子、肽类手性化合物化学中间体和非天然产物等的有机合成，已经引起了人们的极大的关注。,其他方面研究的进展糖生物学和糖基转移酶 糖类是自然界分布最广的生物分子。近来发现，复合糖类是生物体内除蛋白质和核酸以外的又一类重要的生物大分子，尤其是一类重要的信息大分子。已经研究证明，复合糖中的糖链，在受精发生、发育进化神经系统和免疫系统恒态的维持方面起着重要作用，也与机体老化自身免疫疾病的细胞异常增殖和转移，病原体感染等生命现象密切相关。由于对糖链结构和功能研究的深入，在80年代末期，兴起了一间新的学科-糖生物学。,这一
29、个名词最早是由牛津大学Dwek教授，在1988年为生化年评中撰写“糖生物学”为题的综述时提出的，同年牛津大学研制成功了N-糖链的结构分析仪，并且商品化。现在，随着糖生物学基础研究的发展，以及基础研究成果进一步深化，又兴起“糖工程“的研究。目前，美国、日本和欧盟各国都非常重视糖生物学和糖工程的研究和应用糖生物学糖工程中所有重大课题都离不开糖链的生物合成，而糖链的生物合成必须有糖基转移酶的参与因此，有关糖基转移酶的研究倍受人们的重视，成为酶工程领域的又一个热点课题。,目前发现的糖基转移酶有100多种。有关糖基转移酶的分布和定位 分子结构和家族份子克隆和表达、酶的调控和缺失等方面的研究，在这些方面将
30、会取得引人注目的成果。,酶标药物的进展以往，人们只是根据某些化合物对某种疾病有一定的治疗作用作为设计药物的线索，大量合成类似物，从中进行广泛筛选，试图获得某种疗效最好的药物。在人类和疾病作斗争中超过很大作用的磺胺类药物就是这样获得的;现在人们可以根据药物在生物体内可能的作用目标，如酶或受体，来设计药物。由此获得的药物被称为酶标药物。目前，这种设计方法已成为药物设计的主流，在新药设计中发挥了巨大作用。,血管紧张素肽转换酶(AcE)，抑制既是酶标药物的一个成功的实例，血管紧张素肽在人体内以前体酶标记药物形式分泌出来，经ACE水解后生成血管紧张素肽，从而引起血压升高，因此，人们设想，抑制ACE可以控
31、制血管紧张素苏的释放，进而就能抑制血压升高。这一设想已经得到证实。目前，ACE抑制剂己经成为重要的常用的降压药物。,细菌对青霉素的耐药性，是由于在青霉素的诱导下大量合成青霉素酰胺酶，从而大大加快青霉素的水解造成的。最近青霉素酰胺酶成为研究的热点。目前，人们已经能够利用青霉素酰胺酶除去青霉素分子中的苄基，代之以其他基团，而获得能够抗青霉素酰胺酶的新青霉素。同时，人们正在努力设计能够抑制青霉素酰胺酶的抑制剂，从而抑制耐药细菌的青霉素酰胺酶，使青霉素重新有效。但是还在继续进行中，尚未成功。,近来的研究发现，对人类健康构成巨大威胁的艾滋病的感染和传播，主要是由艾滋病病毒颗粒表面的蛋白酶引起的因此，艾滋
32、病病毒蛋白酶的研究成为一个热点。人们希望通过对艾滋病病毒蛋白酶抑制剂的研究，寻找防止艾滋病病毒感染和治疗艾滋病的方法,端粒酶研究进展端粒酶由端粒酶蛋白和端粒酶RNA两部分组成。由简单重复的DNA序列和结合蛋白质组成，其功能是完成染色体末端的复制，并防止染色体免遭融合重组和降解 各种不同生物端粒的结构和功能都非常保守。端粒酶是真核细胞内染色体完全复制的关键酶，是一种RNA依赖的DNA聚合酶。其活性取决于它的RNA和蛋白质亚基。端粒酶至少包含两个功能性相互作用的RNA分子，两者都可充当DNA聚合作用的模板，端粒酶至少包含两个活性位点端粒酶除了具有反转录活性外，还具有核酸内切酶的活性。,最近发现，端
33、粒酶另外一个重要的功能就是合成串联重复的TTAGGG序列为TRF2提供结合位，防止染色体的末端融合。端粒酶的结构和催化活性都十分重要。端粒酶RNA最先从四膜虫中分离出来有159个核苷酸。人的端粒酶的RNA有455个核苷酸。其模板区为5-CAACCCCAA3。端粒酶蛋白的研究近来发展较快。近年来越来越多的证据表明，端粒长度控制着衰老进程，端粒缩短是触发衰老的分子钟。Bodnar等将人的端粒酶基因导人正常的细胞中，使得端粒酶异常表达。,活化的端粒酶导致端粒序列异常延长，细胞旺盛增殖，细胞寿命大大延长。端粒长度和端粒酶活性的变化与细胞衰老和癌变密切相关。端粒结合蛋白可通过调节端粒酶的活性来调节端粒长
34、度来控制细胞的衰老和癌变。近来还发现端粒酶的活性可用作检测肿瘤的重要指标。因此采用“抗端粒酶疗法”，即研制端粒酶的专一性抑制剂，对肿瘤的治疗有着非常广阔的前景。进一步研究探索端粒酶和端粒与衰老和癌变的关系，无疑有着重要的理论意义和实用价值。国内近来用砒霜治癌取得一定的临床疗效。但砒霜治癌的机理一直不清楚最近，解放军八一医院的科研人员，经过4年的潜心研究，终于发现，砒霜能够抑制肝癌血管的形成，还能抑制端粒酶的活性。砒霜能起到高效的抗癌作用。,生物分子发动机研究进展分子发动机是指由生物大分子利用化学能/化学势进行机械作功的机构，包括线性分子发动机与旋转式分子发动机两大类。它们参与细胞内的胞质运输、
35、DNA复制、基因转录、ATP合成/水解等一系列重要生命活动过程。目前对于各种生物分子发动机的结构及作用机制的研究都取得了重要进展，其中，有关ATP合酶构成的旋转式发动机更引人注目。,目前，美国、日本的多个实验室部已经用实验证明，ATP合酶作用机理的确是旋转催化。ATP合酶这个分子发动机的效率很高。ATP合酶的F0部分比鞭毛的动力结构的直径将近小一半。鞭毛的运动要经过几百个步骤，而ATP合酶的运动只需要几步就能完成。最近，美国康奈尔大学研究人员把由金属镍制成的螺旋桨连接到ATP合酶分子的中轴上，制成400个分子发动机。当把它们放大ATP溶液后，395个在原处不动。但是，另外5个则旋转起来。转速达到每秒8转，在显微镜下，能够清楚地观察到这种分子发动机，其镍螺旋桨的长度为750纳米。,ATP合酶分子发动机具有巨大地潜在应用价值。将其他物质连接到ATP合酶分子上，可以制成各种纳米分子机器例如，可探测有害化学物质的纳米传感器。在有害物质作用下，这种传感器内的马达就能够打开阀门，释放出可见的物质而报警被认为，分子发动机技术应该成为21世纪酶工程研究中必须跟踪和发展的重点课题之一。,
