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科学研究：冷适应酶可以在室温下转化

来源：环球科学

发布时间：2021-07-01

浏览次数：1457

科学研究：冷适应酶可以在室温下转化

（图片来源：CC0 Public Domain）

嗜冷生物生活在低温环境中（接近水的冰点），其产生的酶表现出非常独特的性质。在《自然-通讯》（Nature Communications）所发表的一项新研究中，乌普萨拉大学的科学家利用大规模计算来解释许多冷适应酶在室温左右失效的原因。

酶是维持所有活细胞新陈代谢的“机器”，但不幸的是，低温下，生化反应通常难以进行。进化已经解决了这个问题，在内部细胞温度与外部寒冷环境相同的物种中形成了冷适应酶。从细菌、某些植物到冷血脊椎动物，无数生物具有这种特性，比如生活在寒水中的鱼。这些冷适应酶具有特殊的热力学性质，从而能在极冷条件下发挥作用。显然，它们的熔化温度也比普通酶低，但探讨它们的熔点是否在40摄氏度左右没太大意义，因为它们永远不需要在如此温暖的环境中发挥作用。

然而，一个尚未解开的谜团是为什么许多冷适应酶甚至在室温下，即远未到熔点时就失效。近期，研究人员查卡·索坎（Jaka Socan）、米哈·帕格（Miha Purg）和约翰·阿克维斯特（Johan Åqvist）首次通过大量计算机模拟成功解开谜团。

科学家模拟了一种来自南极细菌的淀粉降解酶在不同温度下的化学反应，并将其与一头普通温血猪的淀粉降解酶计算结果进行比较。事实证明，即使在室温下，南极酶也开始局部分解，这一缺陷大大降低了淀粉分子对酶的粘附程度。该现象在低于熔点15摄氏度时发生，分解速率逐渐增加直到25摄氏度时达到最大。另一方面，猪身上酶降解淀粉的速度随温度上升持续增加，直至最终大约60摄氏度时失活。因此通过计算机运算，可以确认冷适应酶的哪些部分能引起其特殊性质。

乌普萨拉大学细胞与分子生物学理论化学教授约翰·阿克维斯特表示：“新的结果和先前对各种冷适应酶及其突变体的计算机模拟结果都表明，目前我们已经达到了一个阶段，以可预测的方式合理地重新设计酶并改变其性质。长期以来，这种手段一直是研究的目标，但截至目前，它还无法与酶分子定向进化方法相抗衡。弗朗西斯·阿诺德（Frances Arnold）就酶分子定向进化技术于2018年获得诺贝尔奖。”

翻译：李雅婷

审校：董子晨曦

引进来源：乌普萨拉大学

引进链接：

https://phys.org/news/2020-05-cold-adapted-enzymes-room-temperature.html

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