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分子“GPS”可定位酶的活性中心

日期:2014-12-31 08:43:18

 在日常生活中,全球定位系統(GPS)能可靠定位一輛車在行駛途中的即時位置。最近,德國波恩大學科學家開發出一種分子“GPS”,用這種“分子定位系統”能可靠確定金屬離子在酶里面的位置,這些離子在新陳代謝和生物產品合成中都扮演著重要角色。相關論文發表在最近的《應用化學》雜志上。

 

如果沒有酶,地球上也不會有生命。這些酶分子控制著各種生化反應,從食物消化到遺傳信息復制。“酶的空間結構很復雜,有著多重折疊,許多層和許多彎曲。”波恩大學物理與理論化學研究所教授奧拉夫·希曼說。

 

而這種“蛋白質結”的反應中心叫做“活性中心”,通常有一種或多種金屬離子。在化學反應中,物質會附著或接近金屬離子,離子幫助破壞和重建分子鍵,由此將一種物質轉變為另一種新物質。比如在人們胃里,就不斷地發生著這種轉變,食物被分解成身體容易吸收的物質。

 

為了研究這些酶是怎樣運作的,科學家需要精確掌握單個原子在這些生物分子中是怎樣排列的。“只要我們知道酶里面的金屬離子在什么地方,就能精確掌握反應進程。”希曼說。他的研究小組利用一種與GPS(全球定位系統)原理極為類似的新方法,確定了一種酶的活性中心的位置。

 

“酶的結構復雜重復,就像交通高峰時的高速迷宮。”研究人員解釋說,要在繁忙的高速路上定位一輛車幾乎是不可能的,金屬離子就像高速路上的車,“隱藏”在酶的重重纏繞和折疊中。就像GPS能定位某輛車的位置,分子GPS也能定位金屬離子的位置。

 

“我們的‘衛星’是自旋標記。”研究生第納爾·阿布杜林說,這是一些小的有機分子,有不成對電子而且很穩定。他們把6個這種“分子衛星”散布到天青蛋白(azurine,中心有銅離子的藍色蛋白)酶模型中,首次通過計算機程序跟蹤了這些微小“衛星”在纏繞的酶中的“軌道”。他們用一種叫做PELDOR的分光計確定了各個“衛星”和金屬離子之間的距離。“就像GPS那樣,我們能精確定位酶里面活性中心的位置。”阿布杜林說。

 

“我們開發了用于基礎研究的方法,還能用它來弄清其它酶的結構。”希曼說。更好地理解活性中心的物質轉變,最終也是工業制藥的基礎。

 


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