“解毒酶”为什么能耐高温?

发表在《PNAS》上的一项新研究可能改变科学家看待医学中一种最基本的酶的方式,以期在未来设计出更好和更具成本效益的药物。

酶是加速细胞内化学反应的分子。人体是成千上万种酶的家园,这些酶起着至关重要的作用,如消化脂肪和将糖分解成葡萄糖。

这篇文章的共同作者是田纳西大学生物化学与细胞分子生物学副教授Nitin Jain和学生Sara Lemmonds。Sara Lemmonds从毕业开始就密切关注细胞色素P450,这是一种天然存在于身体和其他环境中的酶。这种酶的作用是能代谢掉超过90%的所有药物。

当药物被施用时,它通常不会完全被身体消耗,而残留过量的部分会变成有毒的。“P450的工作是与肝脏中的残留药物结合,以确保其安全排除,”Lemmonds解释说。科学家知道P450还有另一个显著特点:它可以在高温下保持稳定。在温泉和火山沉积物中的细菌中也发现了同样的酶,尽管温度很高,但已观察到其功能正常。

耐热

“人P450酶催化的化学反应在升高的温度下更有效。”Jain说。迄今为止,科学家认为P450对热的耐受性源于其刚性结构。但是 Jain和Lemmonds的发现却认为这些酶可能反而很有韧性。

“通过更好地理解韧性和高温之间的关系,科学家可以针对生物技术应用设计出改进的P450酶,并为人类设计出更好的药物,大规模生产并使它们更具成本效益。”Jain说。

为了这项研究,研究人员从温泉中收集了嗜热细菌——那些在华氏106到262度之间生长旺盛的细菌——并分离出P450酶。

他们让分离的酶进行光谱和中子散射,两种基于磁性的技术,以帮助阐明柔性和热稳定性之间的联系。

“可能有其他酶在比P450更高的温度下同样柔韧,或者可以通过简单的突变变得同样柔韧。如果是这样的话,将来关于它们的研究获得的知识就可以用于靶向体内的特定过程、治疗疾病或制造新的化学产品,”Lemmonds说。

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