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蛋白质工程在医药产业中的应用
合成生物学
2025, 6 (1):
65-86.
DOI:10.12211/2096-8280.2024-061
蛋白质工程，通过定向进化、半理性或理性设计、计算机辅助设计等手段，实现对蛋白质特定功能的设计和改造，获得的工程化蛋白质在食品、医药、能源、材料等行业具有重要的应用价值。在医药化工领域，工程化酶可作为化学原料药及其中间体合成的高效生物催化剂，实现医药工业绿色制造。在生物制药领域，多肽或蛋白修饰酶的改造可显著提升候选药物的制备效率，诊断酶的改造则可以大幅增强检测的准确性和灵敏度。此外，蛋白质工程在提升治疗性酶和治疗性抗体等生物制剂的生物活性、增强药物稳定性、降低免疫原性等方面也发挥重要作用，从而提高药物的可开发性、安全性和有效性。因此，本文简要回顾了蛋白质工程的发展历程，具体阐述了其在化学原料药合成和生物制药两大产业中的一系列应用实例，旨在剖析蛋白质工程在科技成果转化及医药产业应用中存在的问题与挑战，并展望医药产业中蛋白质工程的未来发展方向，以期为促进产学研一体化发展提供借鉴。  View image in article
图4
酰胺酶Pa-Ami催化2-氯烟酰胺生成2-氯烟酸
正文中引用本图/表的段落
其中一种具有吸引力的2-氯烟酸生产方式是用酰胺酶催化2-氯烟酰胺（图4），但是过去已有的酰胺酶对该反应的催化活性均较低。郑裕国院士团队致力于筛选和改造催化该反应的酰胺酶。2018年，团队从Pantoea sp.中筛选出新的酰胺酶Pa-Ami，对烟酰胺及其氯代衍生物具有较好的活性，其催化2-氯烟酰胺产生2-氯烟酸的酶活为16.4 U/mg［85］，比之前从Delftia tsuruhatensis ZJB-05174［86］、Brevibacterium epidermidis ZJB-07021［87］和Rhodococcus erythropolis［88］中鉴定的酰胺酶的活性更好，且对底物的耐受程度更高。通过适当降低反应温度使产物析出解除产物抑制，Pa-Ami对底物的转化率可达94.2%，产生370 mmol/L的2-氯烟酸，但其活性仍然偏低。
活性↑，稳定性↑，收率↑ ... Exploitation and characterization of three versatile amidase super family members from Delftia tsuruhatensis ZJB-05174 1 2016 ... 其中一种具有吸引力的2-氯烟酸生产方式是用酰胺酶催化2-氯烟酰胺（ Mining and characterization of two amidase signature family amidases from Brevibacterium epidermidis ZJB-07021 by an efficient genome mining approach 1 2016 ... 其中一种具有吸引力的2-氯烟酸生产方式是用酰胺酶催化2-氯烟酰胺（ Efficient biocatalytic hydrolysis of 2-chloronicotinamide for production of 2-chloronicotinic acid by recombinant amidase 1 2013 ... 其中一种具有吸引力的2-氯烟酸生产方式是用酰胺酶催化2-氯烟酰胺（ Structure-based engineering of amidase from Pantoea sp. for efficient 2-chloronicotinic acid biosynthesis 2 2019 ... Pa-Ami具有保守的催化三联体Ser177-Ser153-Lys80，通过分子对接分析发现，吡啶环上2位氯取代基改变了亲核进攻残基Ser177与底物之间的距离，也影响了Ser153对底物的质子化，而氯的电子效应又增加了反应的活化能.这种由于邻位氯取代引起的强空间位阻和电子效应导致Pa-Ami催化2-氯烟酰胺的kcat/Km只有催化烟酰胺kcat/Km的0.79%［
本文的其它图/表
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