困扰科学界数十年 “赤色万能酶”全长布局终被破解

 
 
困扰科学界数十年 “赤色万能酶”全长布局终被破解  
 

P450酶含有血红素且能催化羟化、环氧化、脱烷基化、碳-碳偶联、氧化裂解等各式百般差异回响，因而被称为“赤色万能酶”，通过酶催化可办理药物和化学品出产进程造成的情况污染问题。可是自P450酶被发明数十年来，其晶体布局一直没能被理会出来，催化机理也困扰着科学界。

克日，湖北大学生命科学学院、省部共建生物催化与酶工程国度重点尝试室的陈纯琪传授团队，和马立新传授、郭瑞庭传授相助，乐成破解困难，在P450酶完整催化机理的研究方面取得重要打破：阐发了电子如何从还原酶区域进入底物团结区的回响机理。相关研究成就颁发在最新一期《自然·通讯》上。

易断裂降解，难识P450酶真脸孔

“自然界中存在很是多差异种类的P450酶，它们参加细胞的生理调控、药物代谢以及很多重要药物的合成。”陈纯琪先容，好比我们人类的染色体上就带有高出50个P450酶的基因，它们认真胆固醇、固醇类激素和维生素D等重要化合物的合成；很多具有药物活性的植物或微生物次级代谢物（如青蒿素、紫杉醇），也是由P450酶认真催化合成的；尚有一些药物的化学布局很是巨大，纯真以人工合成要领大量出产极为坚苦，而P450酶可以或许对这类巨大进程举办精准调控。

科学家们发明，P450酶可以或许识别多种底物（参加生化回响的物质），由此操作基因工程改革P450酶来量身定制化学回响，成为一个热门研究偏向。2018年诺贝尔化学奖得主阿诺德传授，就是操作改革P450酶实现各类非凡的化学回响而获奖。

一个完整的P450酶系统由3个部件构成：带有血红素的底物团结区；认真发生电子的还原酶；毗连底物团结区和还原酶的通道。“这就像一个电器需要插上电才气事情，带有血红素的底物团结区就像电器自己，供电的插座就像还原酶，而电线就是毗连两头的电子通道。”陈纯琪表明道，在成立一个P450酶回响系统时需要把所有组件都找齐了，组装在一起后才气举办催化回响。有一些三种组件都串联在一起的P450酶，称作“自给自足P450酶”，这样的系统不需要别的寻找相匹配的“供电器”与“电线”，因此在应用的时候有庞大优势，也是利便科学家们研究的“明星”P450酶。

P450酶的血红素团结区识别底物机制的研究已经相当成熟，针对底物团结区的改革工程也有很是多的研究报道，可是对付电子如何从还原酶送入活性中心却仍有很多未知之处。而这需要得到P450酶的晶体布局，即完全看清酶的长相。由于全长P450酶在表达、纯化后，酶卵白很容易断裂、降解掉，因此难以得到其完整的晶体，识别全长P450酶的布局也一直没有任何打破。

“看”清全长布局，解开P450酶催化路径

陈纯琪教育的布局生物学研究团队颠末不懈的尽力，找到了一个来历于耐热菌中“自给自足”的P450酶，这个P450酶在70℃的高温下也出格不变，也不会断裂或是降解，因此出格易于结晶。陈纯琪团队操作先进的X光晶体学技能，乐成理会了“自给自足P450酶”的高判别率全长布局。

“我们颠末研究发明，整个P450酶的三个构成部件, 从基因序列的排序依次为：血红素团结区—还原酶布局域—铁氧还卵白布局域。这三个区域各带有一个辅因子，三个辅因子成为P450酶内部电子通报的中转站。电子通报就像送快递一样，需要颠末几其中转站。”陈纯琪先容，晶体布局显示，血红素团结区和还原酶别离位于整个卵白质的两头，血红素团结区这一端朝外，暴露开口以利便底物进入，而电子通报颠末几其中转站，最终乐成送到达血红素举办酶催化回响。