由利物浦大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)制作了一種關(guān)鍵酶的結(jié)構(gòu)電影，該電影涉及一種溫室氣體產(chǎn)生的生物途徑，提供了對(duì)其催化活性的新見(jiàn)解。

導(dǎo)致全球變暖的一個(gè)主要因素是溫室氣體一氧化二氮，它對(duì)臭氧層的破壞是二氧化碳的 300 倍。一氧化二氮是反硝化途徑的副產(chǎn)品，當(dāng)特殊類型的微生物從生態(tài)系統(tǒng)中去除過(guò)量的硝酸鹽或亞硝酸鹽并將它們轉(zhuǎn)化回氮?dú)鈺r(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。

該過(guò)程的步涉及一種稱為亞硝酸銅還原酶 (CuNiR) 的酶，該酶使用電子和質(zhì)子將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為一氧化氮?dú)怏w。近，已發(fā)現(xiàn)來(lái)自根瘤菌物種的 CuNiR具有顯著較低的催化活性。該物種在農(nóng)業(yè)中很豐富，是反硝化途徑和一氧化二氮的主要貢獻(xiàn)者。

CuNiR 是一種金屬蛋白，這意味著它包含金屬離子以正常發(fā)揮作用，在這種情況下，它包含兩個(gè)銅位點(diǎn)，一個(gè)發(fā)生催化作用，另一個(gè)接收和提供催化所需的電子。金屬蛋白在生物學(xué)中廣泛存在，占所有蛋白質(zhì)的至少 30%。

來(lái)自英國(guó)和日本的研究人員使用單晶光譜和稱為 MSOX（一個(gè)晶體的多個(gè)結(jié)構(gòu)）的 X 射線晶體學(xué)方法來(lái)產(chǎn)生酶的分子電影，以了解為什么這種 CuNiR 的活性要低得多。X 射線晶體學(xué)是一項(xiàng)重要的技術(shù)，它允許在三個(gè)維度上可視化生物分子的原子細(xì)節(jié)，有助于了解它們?nèi)绾谓M裝、它們?nèi)绾伟l(fā)揮作用以及它們?nèi)绾蜗嗷プ饔谩?/span>MSOX 是這方面的一項(xiàng)進(jìn)步，因?yàn)樗试S實(shí)時(shí)可視化催化。

作者、博士生塞繆爾·羅斯評(píng)論說(shuō)：“這項(xiàng)研究之所以重要，有兩個(gè)原因。首先，它有助于我們理解為什么這種 CuNiR 的活性比其他的低，這有助于未來(lái)的生物工程以幫助應(yīng)對(duì)全球變暖。其次，它表明 MSOX 方法與單晶光譜學(xué)相結(jié)合是一種令人興奮的組合，可以幫助剖析其他基本金屬酶中復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)?！?/span>

領(lǐng)導(dǎo)利物浦大學(xué)這項(xiàng)研究的薩馬爾·哈斯奈恩教授說(shuō)：“只有了解基本的生物和化學(xué)過(guò)程，我們才能解決重大的環(huán)境問(wèn)題。為這項(xiàng)研究開(kāi)發(fā)的方法將適用于許多系統(tǒng)，包括那些涉及產(chǎn)氫（加氫酶）、氮利用（固氮酶）和光合作用（光系統(tǒng) II）的系統(tǒng)?！?/span>

該研究發(fā)表在《PNAS 》雜志上。

研究參考：

Samuel L. Rose等人，單晶光譜和來(lái)自一個(gè)晶體的多個(gè)結(jié)構(gòu) (MSOX) 定義了亞硝酸銅還原酶中的催化作用，PNAS， https: //doi.org/10.1073/pnas.2205664119