由利物浦大學領導的一個國際科學家團隊制作了一種關鍵酶的結構電影，該電影涉及一種溫室氣體產(chǎn)生的生物途徑，提供了對其催化活性的新見解。

導致全球變暖的一個主要因素是溫室氣體一氧化二氮，它對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，當特殊類型的微生物從生態(tài)系統(tǒng)中去除過量的硝酸鹽或亞硝酸鹽并將它們轉化回氮氣時，就會發(fā)生這種情況。

該過程的步涉及一種稱為亞硝酸銅還原酶 (CuNiR) 的酶，該酶使用電子和質子將亞硝酸鹽轉化為一氧化氮氣體。近，已發(fā)現(xiàn)來自根瘤菌物種的 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，它包含兩個銅位點，一個發(fā)生催化作用，另一個接收和提供催化所需的電子。金屬蛋白在生物學中廣泛存在，占所有蛋白質的至少 30%。

來自英國和日本的研究人員使用單晶光譜和稱為 MSOX（一個晶體的多個結構）的 X 射線晶體學方法來產(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 射線晶體學是一項重要的技術，它允許在三個維度上可視化生物分子的原子細節(jié)，有助于了解它們如何組裝、它們如何發(fā)揮作用以及它們如何相互作用。MSOX 是這方面的一項進步，因為它允許實時可視化催化。

作者、博士生塞繆爾·羅斯評論說：“這項研究之所以重要，有兩個原因。首先，它有助于我們理解為什么這種 CuNiR 的活性比其他的低，這有助于未來的生物工程以幫助應對全球變暖。其次，它表明 MSOX 方法與單晶光譜學相結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雜的氧化還原反應?！?/span>

領導利物浦大學這項研究的薩馬爾·哈斯奈恩教授說：“只有了解基本的生物和化學過程，我們才能解決重大的環(huán)境問題。為這項研究開發(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，單晶光譜和來自一個晶體的多個結構 (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