【資料圖】
“食油”酶復合物結構：跨膜雙蛋白復合物（左）的高分辨率冷凍電鏡圖使研究人員能夠確定構成這兩種蛋白質的單個氨基酸的位置（右）。AlkG（灰色）充當電子載體，將電子從其單個鐵原子（紅色球體）傳輸到 AlkB 酶活性位點（彩帶結構）的兩個鐵原子（紅色球體）。活性位點下方的洋紅色結構是基底（見特寫視圖）。圖片來源：美國能源部布魯克海文國家實驗室
科技日報記者?張佳欣
美國能源部布魯克海文國家實驗室科學家制造出了第一個原子級結構的酶，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化為更有用的化學物質的第一步，也是最具挑戰性的一步。正如30日發表在《自然·結構與分子生物學》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所需產品的方法。
研究人員表示，他們希望創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出想要的獨特產品。新方法可將廉價而豐富的烷烴轉化為更有價值的生物產品或化學前體，包括醇、醛、羧酸鹽和環氧化物。
這種生物酶是50年前發現的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化學反應，幾乎不產生不需要的副產品。生物化學家發現，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協同作用。
研究人員試圖用X射線結晶學解開這種酶的結構。但像AlkB這樣的膜蛋白是出了名的難以結晶。隨后，他們使用了一臺不需要結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分子的照片，在計算工具的幫助下，最終生成酶復合體的高分辨率三維圖。使用這張圖，研究人員拼湊出構成蛋白質復合體的單個氨基酸的已知原子級結構。詳細的結構準確地顯示了AlkB和兩個相關蛋白之一（AlkG）是如何協同作用來斷裂碳氫鍵的。
