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美國能源部布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家制造出了第一個(gè)原子級(jí)結(jié)構(gòu)的酶，這種酶可選擇性地切斷碳?xì)滏I，而這正是將簡單碳?xì)浠衔镛D(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(xì)的原子級(jí)“藍(lán)圖”提出了對(duì)酶進(jìn)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(gè)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?xì)浠衔镏猩a(chǎn)出想要的獨(dú)特產(chǎn)品。新方法可將廉價(jià)而豐富的烷烴轉(zhuǎn)化為更有價(jià)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(yán)苛條件，具有非常高的特異性。它使用廉價(jià)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(xì)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(duì)利用AlkB的碳?xì)浠衔锿淌赡芰Ω信d趣。多年研究表明，這種酶部分嵌入了細(xì)菌的細(xì)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(tái)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(gè)單獨(dú)的冷凍蛋白質(zhì)分子的照片，在計(jì)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(gè)氨基酸的已知原子級(jí)結(jié)構(gòu)。詳細(xì)的結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確地顯示了AlkB和兩個(gè)相關(guān)蛋白之一(AlkG)是如何協(xié)同作用來斷裂碳?xì)滏I的。

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