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新突破:人类首次只用7个氨基酸就合成“人造酶”

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美国叙拉古大学文理学院的化学家首次合成了由短短7个氨基酸组成的缩氨酸,其作用与人体内的酶非常相似。
酶其实就是一种特殊的蛋白,一般由100个以上的氨基酸构成,其功能是加速细胞内的生理反应。自然存在的氨基酸有20种,它们都是组成蛋白或缩氨酸的基本结构,可以辅助新陈代谢。
此项研究是一个突破,相关论文发表在杂志《自然化学》中。这种缩氨酸的出现可能在酶研究领域引起一场变革,因为它大大缩短了酶的长度;另外,阿兹海默症等因蛋白错误聚集而导致的神经疾病,也将有新的研究角度了。
阿兹海默症的致病因素被认为是大脑中错误聚集而成的淀粉样蛋白;这项研究还表明,强韧而结构严密的淀粉样蛋白纤维可能演变成其他种类的酶,它们在生命起源时期可能发挥着催化生理反应的作用。
研究的领头人之一、叙拉古大学文理学院的化学助理教授伊凡·V·卡瑞德维奇(Ivan V. Korendovych)说:“每种酶的结构都是一种独特的三维结构,它们各自的催化作用就是源自于此,为了满足这样的结构它们就必须包含很多氨基酸,个头都比较大。我们这次研究的目的就是证明比较短的缩氨酸也能借由淀粉样蛋白纤维形成精密的结构。”
卡瑞德维奇的团队共制作出7种较短的缩氨酸,每个都是由7个氨基酸组成的。之后,他们让每段缩氨酸中的分子自行随机组合,形成淀粉样蛋白(在此过程中,加入了催化剂金属锌来加速反应过程)。结果其中4种缩氨酸产生了催化效果,它们加速了酯类的水解过程(酯类可以与水发生反应,产生水和酸)。这种功效与一些酶非常相似。
卡瑞德维奇研究的主要领域是生物无机化学、生物物理学、化学生物学,他说:“这么短的缩氨酸在自行聚合后产生了像酶一样的催化效果,这种现象还是首次出现。相关证据表明,引起阿兹海默症的淀粉样蛋白可能是一些大个酶的前身。”
卡瑞德维奇为这项研究感到惊喜,他会继续研制和合成新的缩氨酸,让它们发挥催化作用。他说:“我们制作出的淀粉样蛋白结构特殊,可能还会引发更加复杂的生物化学功能。”
“人体内的酶有很多种,但是能起作用的只有几种;每种能起催化作用的酶都与其目标物质严密相合。即使已经进化了数百万年,自然仍未停止为这些酶匹配各自的目标代谢反应。我们现在的研究不是为了利用它们,而是为了自行合成纳米级的催化剂。”

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