蛋白質工程

蛋白質工程 (Protein engineering)
國立臺灣大學師範大學生命科學系曾信豪碩士生/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

蛋白質工程就是藉由蛋白質的立體結構與催化反應的作用機制之間的關係，利用基因工程的手法，改造原有的蛋白質來獲得性質與功能更加完善的蛋白質，甚至創造出全新的、自然界中本來不存在的蛋白質，更有效率且完善的提供人類需求。

蛋白質是生物體中重要的分子之一，參與生命活動中的各種反應，由胺基酸所組合而成的長鏈大分子，經過摺疊後形成一定的立體結構，以進行蛋白質的各種催化活性或功能，若改變蛋白質的胺基酸序列，就有可能改變蛋白質的活性或其他特性。而這些具有重要功能的蛋白質，在胺基酸的組成與立體結構的上有一些共通的特點，因此科學家可以經由這些共通的特點去改造蛋白質中關鍵的胺基酸，以此達到改造蛋白質的目的。

蛋白質工程的目的包括（一）蛋白質結構與功能關係的研究；（二）蛋白質折疊的研究；（三）增加蛋白質的穩定性；（四）增加酵素的催化活性；（五）改變受質分子辨認結合與其專一性等。最終目的在於改變蛋白質與受質結合之間的特性，製造出有助於醫學與工業應用的蛋白質或藥物。

蛋白質工程的方法分為兩大類，第一類為理性的設計（rational design），利用蛋白質已知的結構和功能來設計突變的位點，並利用定位突變（site-directed mutagenesis）的技術來進行改造，是個屬於低成本且較快速的方法。第二類為定向演化（directed evolution）的方式，利用隨機突變的技術來進行改造，這種方式是仿造自然演化的模式，並且通常會比理性的設計還會有更佳的蛋白質改善，利用定向演化來進行蛋白質的改造時，最大的優點是不需要預先得知蛋白質的立體結構，但缺點是需要大量、大規模的篩選，因此並不是所有的蛋白質都適合以定向演化來改造。

蛋白質工程目前普遍應用在食品工業、農業和醫學的藥物設計上，比如使用經過蛋白質工程改造過後有較高穩定性的蛋白質，可有較高的經濟價值應用於大規模的工業生產；或是改造致癌基因（oncogene）所產生的蛋白質，使之失去致癌的功能，從而去開發出治療癌症的新藥物。

蛋白質工程將蛋白質與酵素的研究推展到一個新的領域，替工業與醫學的研究有廣面的提升，創造出符合人類需求的蛋白質新時代。

參考資料：
1. WIKIPEDIA- protein engineering (http://en.wikipedia.org/wiki/Protein_engineering).
2. 郭城，2002，蛋白質工程與基因工程的區別，科技之光。
Protein engineering. Current Opinion in Biotech.8:397-536. (1997)