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该图像显示了在将支架定向进化至人工RNA连接酶(右)时原始蛋白质支架(左)的3-D结构的变化。单击图像查看完整图表。 (图片来源:Seelig等人)一项新发表的研究详细介绍了研究人员如何将普通蛋白质转化为人工酶,这是一种能够连接两段RNA的生物催化剂。五年前,一对研究人员对一项称为体外进化的技术 - 试管中的进化 - 进行了巧妙的更新 - 将普通蛋白质转化为人工酶,这是一种能够连接两段RNA的生物催化剂。这是第一次这样做。现在,在SLAC的斯坦福同步辐射光源部分进行的一项研究揭示了它们成功的真实程度:不仅人工酶是第一个已知的进行这种特殊反应的人工酶,而且它已经采用了一种新的,基本上是“原始的”结构从未见过蛋白质。 Seelig说,在实际水平上,这种体外定向进化技术有可能为一系列应用产生新的酶,例如药物开发或生物燃料生产,而不局限于蛋白质将自身折叠成紧密结构的熟悉方式。在2007年发表在“自然”杂志上的最初的论文中,霍华德休斯医学研究所和马萨诸塞州综合医院的杰克W. Szostak和现在明尼苏达大学的伯克哈德塞利格解释了他们的过程。他们从一种没有酶活性的蛋白质开始,制作了含有随机结构突变的许多拷贝,测试了拷贝以确定是否有任何突变具有酶样特性,并选择了最有希望的候选物来复制和突变。几轮这种体外进化产生了人工酶,称为连接酶。连接酶在分子和许多不同类型之间形成连接,但团队创建的人工酶似乎没有对应物。虽然他们知道什么进入他们的新酶并且他们知道它有效,但是两位科学家还不知道为什么或如何。在随后对人工酶性质的研究中,Seelig和他的研究团队将其样品带到了SSRL。在那里,职员科学家Ritimukta Sarangi使用强大的X射线光谱技术,结合核磁共振(NMR)成像,让他们很好地了解酶的独特结构。正如最近在Nature Chemical Biology中所记录的那样,他们发现的结构与原始蛋白质几乎没有相似之处 - 事实上,它与现有的酶也几乎没有相似之处。蛋白质由长链氨基酸组成,这些链折叠成紧密结构的方式对蛋白质的功能至关重要。已经鉴定和研究了具有相似褶皱的酶的整个家族,并且研究新蛋白质的最重要方面之一是确定其如何折叠。研究人员发现,人工酶保留了原始蛋白质中的锌“脊柱”,但丢弃了该蛋白质的折叠和发展方式。更重要的是,人工酶比母体蛋白质更灵活,结构比酶更简单。根据Seelig的说法,体外进化的简化环境可能是这种原始结构的来源,并且由于这种酶没有受到塑造当代酶的数十亿年的自然进化的影响,它的折叠方式可以被视为早期或“原始”的折叠。 SSRL的结构分子生物学计划得到美国能源部生物与环境研究办公室以及美国国立卫生研究院国家普通医学研究所和国家研究资源中心的支持。资料来源:Lori Ann White,SLAC国家加速器实验室图片:Seelig,et al。