13.2　蛋白质工程的关键技术

对于存在于自然界的任何蛋白质来说，采用重组DNA技术克隆其基因，在特定宿主细胞中进行表达，可以获得运用于商业用途的纯化的产品。然而，这些蛋白质的理化特性常常不能适应工业用途。从生长于非常环境中的生物体中获得基因，可表达获得适用于特定目的的蛋白质。例如，从生存于90℃温泉中的Bacillus stearothermophilus分离获得α-淀粉酶基因，经表达可获得耐高温的α-淀粉酶，该酶可用于从淀粉制造乙醇的工业生产。传统诱变技术，也可以获得能编码具有期望特性的蛋白质的突变基因，并获得突变蛋白质。然而，在传统诱变方法中，经化学诱变剂或物理诱变剂处理的生物体，它的任何基因都有可能发生突变，而目的基因的突变频率又可能相当低，给突变体的筛选工作造成了很大的麻烦，而且所获得的突变蛋白质常常因其氨基酸的改变而导致蛋白质活性下降，因而传统诱变方法实用价值不大。

随着分子生物学技术的进步，建立起通过改变克隆基因中的特定碱基，从而改造蛋白质的技术，称为蛋白质工程。通过蛋白质工程，人们可以随心所欲地改造蛋白质的结构，从而改变蛋白质的理化性质和生物学功能。例如，可以利用蛋白质工程改变酶的Km（Michaelis常数）、vmax（酶催化反应的最大速度）值，酶促反应的最适温度、最适pH值，酶促反应的特异性以及酶蛋白的稳定性等。蛋白质工程与基因定点诱变有着不解之缘，故本节在重点介绍定点诱变原理和技术的基础上，举例介绍一下蛋白质工程的应用。