百万分之一秒内结束的酶反应… UNIST用“分子电影技术”捕捉
Kim Chaeun教授团队首次观测碳酸酐酶反应中间阶段并阐明关键反应要素
有助于新药开发和仿生催化剂设计，论文发表于《Nature Communications》
以每秒一百万次的高速运作的生物酶分子的反应过程，被“分子电影技术”捕捉了下来。
这一技术如同将拍摄画面连续起来制作电影一样，将酶分子的反应按阶段“冻结”后拍摄，再按顺序复原。
通过此次研究，决定酶活性的关键因素也被重新揭示，预计将有助于新药开发和仿生催化剂设计。
UNIST物理学系Kim Chaeun教授团队成功在原子尺度上追踪了碳酸脱水酶II将二氧化碳转化为碳酸的反应过程。
碳酸脱水酶II（Carbonic Anhydrase II）是一种将二氧化碳转化为易溶于水的碳酸根离子的蛋白质催化剂。在这一催化分子的活性位点上，二氧化碳先结合，再转变为碳酸后解离。由于该反应快到每秒可发生一百多万次，长期以来被认为几乎不可能观测到其中间过程。
研究团队利用自主设计的分子电影技术捕捉到了反应的全部过程，揭示了在活性位点内，水分子发生位置互换并有新水分子进入，从而使碳酸根离子被迅速释放的事实。这意味着，水分子的重新排布与替换这一反应中间步骤，是决定产物释放速度的核心因素。
分子电影技术是指先通过降低温度人为停止酶反应，然后对其固定结构进行X射线连续拍摄，再按时间顺序复原的一种技术。研究团队在零下183℃条件下使酶结晶化，随后加入光分解性底物3NPA。
该底物在接受紫外线照射后，可瞬间向酶的活性位点提供二氧化碳。此后，研究人员将温度分阶段升高至零下73℃并拍摄其结构，再将这些X射线结构数据连接起来，如同“分子慢动作电影”一般重构了酶反应的全程。
第一作者Kim Jingyun博士表示：“我们在零下113℃到零下93℃区间内，首次在原子尺度直接观测到只在这一温度范围出现的反应中间状态，从结构层面捕捉到如此快速进行的酶反应中间阶段，在全球尚属首次。”
Kim Chaeun教授则表示：“此次新揭示的原理，不仅可应用于蛋白质工程和新药开发，还可用于精确调控水分子的仿生催化剂设计。”
研究结果已于5月12日在线发表于国际权威学术期刊《Nature Communications》。
本研究在三星未来技术培育项目以及科学技术信息通信部韩国研究财团等机构的支持下完成。
版权所有 © 阿视亚经济 (www.asiae.co.kr)。 未经许可不得转载。
