Nature发布人工酶合成重要成果

2016-09-05 21:58 来源:网友分享

  2016年09月05日讯 最近,来自巴塞尔大学、苏黎世联邦理工大学和NCCR分子系统工程的科学家,开发了一种人工金属酶,可催化细胞内的反应,在大自然中没有等价物。这可能是“在活细胞内创建新的非自然代谢途径”的最好例子。

  这种人工金属酶,称为biot-Ru-SAV,是采用生物素-链亲和素技术制备而成的。这种方法依赖于蛋白质链霉亲和素对维生素生物素的高亲和力,其中结合生物素的化合物可以被引入到蛋白质,以产生人工酶。在这项研究中,作者介绍了一种金属有机化合物,它的底部有金属钌。有机金属化合物在一个金属原子和一个碳原子之间至少有一个键,通常用于工业化学反应的催化剂。然而,如果真起作用的话,有机金属催化剂在水溶液中或细胞环境中的表现并不佳,需要被合并到像链霉亲和素这样的蛋白支架,来克服这些局限。

  该研究的资深作者、巴塞尔大学化学系教授Thomas R Ward说:“我们的目标是制备一种人工金属酶,可以催化烯烃复分解反应,这是不存在于天然酶当中的一种反应机制。”烯烃复分解反应是一种方法,用于碳碳双键的形成和再分配,碳碳双键被广泛用于各种化学产品的实验室研究和大规模工业生产。Biot-Ru-SAV可催化一种关环复分解反应,以生产一种易于检测和定量荧光分子。

  然而,活细胞内的环境难以实现有机金属酶的正常运作。苏黎世联邦理工大学生物系统科学与工程系的Markus Jeschek说:“主要的突破是,‘使用大肠杆菌的周质作为反应室’的这个想法,其环境更适合于烯烃复分解催化剂。”周质--革兰氏阴性菌的内细胞膜和细菌外膜之间的间隙,含有低浓度的金属酶抑制剂,如谷胱甘肽。

  作者发现在体内条件下是理想的,之后又进了一步,决定通过采用定向进化原则--这种方法模拟自然选择的过程来进化出性能或活性增强的蛋白质,来优化biot-Ru-SAV。Ward解释说:“然后,我们可以开发一种简单和可靠的筛选方法,可让我们测试几千个biot-Ru-SAV突变体,并识别最活跃的变种。”

  作者不仅能显著改善biot-Ru-SAV的催化特性,而且也表明,这种有机金属基酶可以被设计和优化成不同的底物,从而产生各种不同的化学产品。Ward说:“这一结果令人兴奋的地方在于,像biot-Ru-SAV这样的人工金属酶,可用于生产新的高附加值化学品。它有很多的潜力,可结合化学和生物学工具,最终利用细胞作为分子工厂。”

  2014年12月,英国医学研究委员会(Medical Research Council,MRC)的科学家们生成了世界上第一个由人工遗传物质制成的酶。他们的合成酶,是由自然界中不会产生的分子制成,能够在实验室引发化学反应。

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