威尼斯人官网|欢迎您

酶结构背后照亮细菌的生物修复实力机制

细菌,就像人类和动物的,必须吃。

有时,它们消耗的环境污染物,人类要摆脱,被称为生物修复过程。调查由细菌所用的酶来进行这个过程是很重要的科学家了解和这些强大的反应可能会提高。然而,到现在为止,已经在行动,这些重要的酶的一个快照一直困扰科学。

在杂志出版物 性质 今日(2017年3月27日),从科学家 生物化学系 和 化学系 威斯康星 - 麦迪逊大学已经解决陷入进攻甲苯的行为对应的酶的结构 - 从木材和石油衍生的化学物质。工作很重要,因为它提供了可利用,以帮助清理漏油和创造有价值的新的化学品的过程的机制的一瞥。

Illustration: Toluene (green molecule) in the process of reacting with oxygen atoms (red) bound between two iron atoms (grey) in a bacterial enzyme.
甲苯(绿色分子),其与在细菌酶2个铁原子(灰色)之间结合的氧原子(红色)反应的方法。插图:布莱恩·福克斯

“在这项研究中,我们试图了解大自然如何使用铁原子,电子和氧气从空气中选择性氧化化学品,说:”生物化学教授兼系主任 布莱恩·福克斯。 “这个反应是在一个过程,其中在甲苯中的碳原子被称为芳香环的第一步骤中,是用于由细菌消耗准备”。

该反应中发挥出在原子水平上,在电子和原子转移游戏。大酶的活性位点含有两个铁原子也存储多达两个电子。这些与氧气结合和“攻击”甲苯的芳香环进行反应,用电子被沿途交换。最终,氧原子被添加到甲苯环,开口,用于使用由所述细菌消耗甲苯等反应的门。

由晶体结构和在本研究中进行的量子化学计算的组合揭示了最令人满意的资料片,狐狸说,涉及铁氧中间体,攻击芳环的性质。科学家一般认为它会需要一个非常反应性的铁氧种进行这种反应。但什么狐狸和他的团队发现的是,反应性较低的形式实际上可以使用。

“最高度活性中间体,以前被认为是这一反应的一部分,也将是不具体,解释说:”化学教授 托马斯·布鲁诺尔德。 “与中间,有将是攻击任何在附近,包括本身的酶的风险。如果性质可能避免这种通过形成反应性较低,但仍足够有效的中间体,它可避免许多不希望的副反应。这就是布莱恩以为发生了什么以及这正是他发现了。”

Photo: 布莱恩·福克斯 Photo: 托马斯·布鲁诺尔德
教授。布莱恩·福克斯 教授。托马斯·布鲁诺尔德

brunold补充说,理解本酶的反应可能是许多合成化学家有帮助的。因为他们设计新的分子和途径,这些化学家往往采取暗示从一个伟大的老师 - 自然本身。化学家现在有知识,以更好地模仿的方式这种酶的功能,以便使新的催化剂是针对不同的应用更加具体。

当细菌进行甲苯的这种转变,他们开始一个过程,从环境中很快删除。这样一来,细菌生物修复能够从环境中清除有害物质,一些科学家已经利用,以帮助生态系统免遭像漏油灾难化学恢复。其他研究人员正在探索如何重定向这种酶的反应来合成新的化学品。

“广泛地说,这些类型的自然反应是既环保又便宜,” brunold说。 “工业,研究人员经常执行与在恶劣条件下复杂的化学物质,这可能会导致大量的浪费和能源使用具有挑战性的反应。调查怎么样,我们研究了促进他们的反应可以帮助找到更有效的方法来执行这些具有挑战性的反应的酶一个“。

为研究对象,主要作者贾斯汀·艾奇逊,在狐狸的实验室以前的一个学生,能够通过停止反应和中途如何精确的酶发挥作用的生成图像。在公认奇怪,但有效的方法,研究人员注意到酶的晶体并浸入成甲苯。他们然后将其暴露于空气,允许氧分子以开始反应。最后,他们冻结了晶体,在恰当的时间减慢反应来捕获中间它可以进一步反应之前。

“有来了解这个结构真正的重要性,”狐狸说。 “拥有它让我们在这个反应是如何发生的独特的外观。我们发现了一些意料之外的,这给了新的途径,发现和未来的应用。”

这项研究是由美国国家科学基金会资助。利用先进的光子源是由美国支持科学的能源办公室的部门。

凯恩korzekwa,生物化学系