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美國能源部布魯克海文國家實驗室科學(xué)家制造出了第一個原子級結(jié)構(gòu)的酶，這種酶可選擇性地切斷碳氫鍵，而這正是將簡單碳氫化合物轉(zhuǎn)化為更有用的化學(xué)物質(zhì)的第一步，也是最具挑戰(zhàn)性的一步。正如30日發(fā)表在《自然·結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)》上的論文所描述的，詳細的原子級“藍圖”提出了對酶進行工程改造以生產(chǎn)所需產(chǎn)品的方法。

研究人員表示，他們希望創(chuàng)造一個多樣化的生物催化劑池，可從中選擇所需的底物，從豐富的碳氫化合物中生產(chǎn)出想要的獨特產(chǎn)品。新方法可將廉價而豐富的烷烴轉(zhuǎn)化為更有價值的生物產(chǎn)品或化學(xué)前體，包括醇、醛、羧酸鹽和環(huán)氧化物。

這種生物酶是50年前發(fā)現(xiàn)的AlkB，無需高溫和高壓等嚴苛條件，具有非常高的特異性。它使用廉價的鐵來引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，幾乎不產(chǎn)生不需要的副產(chǎn)品。生物化學(xué)家發(fā)現(xiàn)，細菌酶AlkB是使微生物有不同尋常的食欲的因素。自那以后，科學(xué)家們一直對利用AlkB的碳氫化合物吞噬能力感興趣。多年研究表明，這種酶部分嵌入了細菌的細胞膜中，并與另外兩種蛋白質(zhì)協(xié)同作用。

研究人員試圖用X射線結(jié)晶學(xué)解開這種酶的結(jié)構(gòu)。但像AlkB這樣的膜蛋白是出了名的難以結(jié)晶。隨后，他們使用了一臺不需要結(jié)晶樣本的冷凍電子顯微鏡，從許多不同的角度拍攝了幾百萬個單獨的冷凍蛋白質(zhì)分子的照片，在計算工具的幫助下，最終生成酶復(fù)合體的高分辨率三維圖。使用這張圖，研究人員拼湊出構(gòu)成蛋白質(zhì)復(fù)合體的單個氨基酸的已知原子級結(jié)構(gòu)。詳細的結(jié)構(gòu)準確地顯示了AlkB和兩個相關(guān)蛋白之一(AlkG)是如何協(xié)同作用來斷裂碳氫鍵的。

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