科學研究：冷適應酶可以在室溫下轉(zhuǎn)化
發(fā)布時間：2021-07-01
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科學研究：冷適應酶可以在室溫下轉(zhuǎn)化

（圖片來源：CC0 Public Domain）

嗜冷生物生活在低溫環(huán)境中（接近水的冰點），其產(chǎn)生的酶表現(xiàn)出非常獨特的性質(zhì)。在《自然-通訊》（Nature Communications）所發(fā)表的一項新研究中，烏普薩拉大學的科學家利用大規(guī)模計算來解釋許多冷適應酶在室溫左右失效的原因。

酶是維持所有活細胞新陳代謝的“機器”，但不幸的是，低溫下，生化反應通常難以進行。進化已經(jīng)解決了這個問題，在內(nèi)部細胞溫度與外部寒冷環(huán)境相同的物種中形成了冷適應酶。從細菌、某些植物到冷血脊椎動物，無數(shù)生物具有這種特性，比如生活在寒水中的魚。這些冷適應酶具有特殊的熱力學性質(zhì)，從而能在極冷條件下發(fā)揮作用。顯然，它們的熔化溫度也比普通酶低，但探討它們的熔點是否在40攝氏度左右沒太大意義，因為它們永遠不需要在如此溫暖的環(huán)境中發(fā)揮作用。

然而，一個尚未解開的謎團是為什么許多冷適應酶甚至在室溫下，即遠未到熔點時就失效。近期，研究人員查卡·索坎（Jaka Socan）、米哈·帕格（Miha Purg）和約翰·阿克維斯特（Johan??qvist）首次通過大量計算機模擬成功解開謎團。

科學家模擬了一種來自南極細菌的淀粉降解酶在不同溫度下的化學反應，并將其與一頭普通溫血豬的淀粉降解酶計算結(jié)果進行比較。事實證明，即使在室溫下，南極酶也開始局部分解，這一缺陷大大降低了淀粉分子對酶的粘附程度。該現(xiàn)象在低于熔點15攝氏度時發(fā)生，分解速率逐漸增加直到25攝氏度時達到最大。另一方面，豬身上酶降解淀粉的速度隨溫度上升持續(xù)增加，直至最終大約60攝氏度時失活。 因此通過計算機運算，可以確認冷適應酶的哪些部分能引起其特殊性質(zhì)。

烏普薩拉大學細胞與分子生物學理論化學教授約翰·阿克維斯特表示：“新的結(jié)果和先前對各種冷適應酶及其突變體的計算機模擬結(jié)果都表明，目前我們已經(jīng)達到了一個階段，以可預測的方式合理地重新設(shè)計酶并改變其性質(zhì)。長期以來，這種手段一直是研究的目標，但截至目前，它還無法與酶分子定向進化方法相抗衡。弗朗西斯·阿諾德（Frances Arnold）就酶分子定向進化技術(shù)于2018年獲得諾貝爾獎?！?/p>

翻譯：李雅婷

審校：董子晨曦

引進來源：烏普薩拉大學

引進鏈接：

https://phys.org/news/2020-05-cold-adapted-enzymes-room-temperature.html




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