蛋白质工程是在基因水平上，依据人们的意愿，通过分子设计和DNA重组技术合成全新蛋白质的分子生物技术。

5.5.2.1 生物催化剂的理性设计工具与方法

1.序列分析

Brenda（http：//www.brenda.uni-koeln.de）是一个组织很好的酶数据库。收集到该酶的相关序列之后，用免费的Clustal W程序和服务器作多重序列连配，可以进一步分析目标酶的进化情况。保守区段往往是催化位点、底物结合位点等关键区域。Shaw和Dordick还研发了一种由蛋白质序列预测与酶底物特异性相关得氨基酸残基的方法。

2.分子模拟

理性设计基于分子模拟（modeling）和分子图形，大多数情况下，要改造的酶只有与它有一定的同源性的酶的结构已解出，才可以以该结构为模板对所研究的酶进行同源模建，最方便的方法就是在Swissmodel同源建模服务器（http：//swissmodel.expasy.org）上输入蛋白质序列建模。

5.5.2.2 定点突变技术(www.daowen.com)

定点突变技术是在DNA水平改变已有蛋白质的编码序列的基本方法，在已知DNA序列中取代、插入或拆除特定的核苷酸，从而改变酶结构中个别氨基酸残基。

工业生物催化过程的主要目标是在尽可能短的时间内将底物转化为产物，酶的转换数是生物催化剂的关键因数。

目前，用于基因合成的PCR扩增方法已经得到广泛应用，可以参考相关专著。

5.5.2.3 理性设计的局限性与展望

目前，理性设计的主要难点看来倒不在于蛋白质序列的惊人多样性使人无从下手，而在于蛋白质结构与功能关系的极度复杂性使我们的理论显得苍白无力。结构鉴定和目标残基的定点突变实验工作量很大，即使对蛋白质有结构数据，多点突变对蛋白质功能的影响也难以预见。

对酶分子的理性设计与改造方法的研究，依赖于基因工程、蛋白质工程和计算机技术的互补发展和渗透，它的成功标志着人类可以按照自己的意愿和需要改造酶分子，甚至设计出自然界中原来并不存在的全新的酶分子。