掺入非天然氨基酸的酶蛋白组装体的催化应用
摘要：对生物催化技术的探讨有利于认识到酶蛋白组装体应用及绿色可持续化学发展的重要性。文章在掺入非天然氨基酸的理论基础上，重点介绍了NSAAs的掺入给蛋白质带来的新特性和应用前景。文章从天然蛋白质翻译引出利用正交氨酰-tRNA合成酶/tRNA酶对，有效地将不同种非天然氨基酸带入到重新分配密码子的tRNA中再进行翻译。文章利用叠氮化物-炔烃环加成反应来固定酶蛋白，为进行酶蛋白组装体的方法提供了新思路。文章还提出可以运用交联剂来形成酶聚集体以达到使酶具备高生产率、易回收、可回收利用的目的。这些研究结果说明酶蛋白组装体有多种获得方式并对于应用于工业生产具有极大发展空间。
关键词：非天然氨基酸；酶蛋白组装体；醛酮还原酶
一、文献综述
1.引言
生物催化已成为制药、精细化工、农业、食品等工业合成的最先进技术。酶的出色催化效率和选择性为生产许多有价值的化学产品提供了直接且具有成本效益的途径。酶的这些进展与蛋白质工程的最新进展相辅相成，可以快速优化酶的特性以适应所需的反应和工艺参数并以工业所需的速度实施酶促工艺。生物催化作为缩短合成顺序，降低资源需求并使用无毒催化剂的技术，还可以满足工业和社会对绿色和可持续化学的需求。
酶作为促进生化反应的大分子生物催化剂，由于其在温和的反应条件下具有较高的催化效率和底物特异性，因此已广泛应用于各个领域。在过去的几十年中，由于对生物催化剂的需求和用于建立新工艺的方法不断增长，酶的需求不断增加。但是，此类实际应用受到酶的缺陷性阻碍。而固定化酶给出了解决方案，酶固定化是将可溶性酶限制在空间中，以生成不溶的、可重复使用的酶的过程。该酶具有很高的催化活性，且在恶劣的环境条件下具有更高的稳定性。这将利于生物催化体系从反应混合物中轻松分离并获得更高纯度的产品。
生物催化已经成为主要生产手性精细化学品的成熟技术并在工业中得到越来越多的应用。一直以来的趋势是继续使用生物催化方法，取代原有的化学方法来生产化合物。而大规模的酶催化也已在制药和食品等多个行业中实施，同时具有生物燃料生产和天然气转化的最新趋势。在此类行业中，产品的产量受酶催化的控制。酶在较温和的工艺条件下进行催化，能耗低、废物产生少，产品选择性高，从而改善了工艺经济性和环境可持续性。本题将非天然氨基酸掺入酶蛋白形成组装体，紧抓非天然氨基酸及其生物反应研究领域热点，具有深刻的研究意义，同时通过测试现有非天然氨基酸酶蛋白组装体的催化成效为今后投入工业生产提供思路和途径。
在自然界中，遗传密码定义了64个三联密码子如何翻译成20个氨基酸。然而，遗传密码的合成扩展使非天然氨基酸 (NSAAs, Nonstandard amino acids) 可以直接翻译整合。迄今为止，已将200多种不同的NSAAs掺入蛋白质中。 NSAAs的掺入提供了新型的蛋白质特性或增益，因此使该技术有广阔的应用前景。非天然氨基酸具备很多优良的特性，例如荧光性质，光敏感，氧化还原活性等。NSAAs的加入有助于操纵蛋白质的物理化学和生物学特性，从而实现了一系列有前景的应用如：探测、成像、控制蛋白质功能的新方法及精准的治疗方法。尽管许多先前的研究已经说明了NSAAs的应用，但是在该技术的实际应用中仍然存在许多挑战。随着现有科学技术的最新发展，NSAAs的掺入对于一系列生物技术的使用创造了绝佳的吸引力。可以通过NSAAs掺入获得新颖功能和结构特性的分子成像、蛋白质相互作用、生物遏制、生物材料、治疗性蛋白质和生物催化剂等方面的应用。
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