酶的起源了进化的“时间旅行”

“之间的区别过去、现在和未来只是一个顽固不化的错觉,“爱因斯坦写道。也许这是再明显不过的蛋白质进化,在过去和现在的版本相同的酶存在于不同种类的今天,未来酶设计的影响。现在,研究人员利用进化的“时间旅行”学习一种酶是如何进化的随着时间的推移,从地球上最古老的生物之一,现代人类。

研究人员将他们的研究结果今天在秋季召开的美国化学学会(ACS)。ACS 2021年秋季几乎是一种混合会议举行面对面8月22日至26日,并将8月30-Sept点播内容。30.会议功能超过7000报告在广泛的科学话题。

“如果一个人住在现在的罗马,他们可能想要了解古罗马为了更好地理解他们是谁,”马格努斯Wolf-Watz说博士项目的主要研究者。“以同样的方式,我们可以及时向后看更古老形式的酶来了解蛋白质是工作今天和我们如何工程师在未来新版本。”

Wolf-Watz,在瑞典于默奥大学的,回头约30亿年的原始生物称为古生菌。至今依然存在,这些单细胞生命形式有特点的原核生物(细菌、缺乏细胞核)和真核生物(生物如植物、动物和真菌有核细胞)。古生菌的一个分支被称为仙宫的门,发现于2015年,由最近的祖先真核细胞。四种类型的仙宫古菌已确定,包括奥丁古生菌,在热液喷口在大西洋深处找到。

奥丁古生菌有酶腺苷酸激酶(AK),也存在于原核生物和真核生物。Wolf-Watz先前研究两种人类的这种酶,AK1 AK3。两者都是重要的维持细胞内能量平衡,但AK1是在细胞质中,转移一个磷酸基的三磷酸腺苷(ATP,细胞的主要能量载体),磷酸腺苷(AMP)。相比之下,AK3驻留在线粒体,转移一个磷酸基从三磷酸鸟苷(三磷酸鸟苷ATP分子相似,但不同的角色)安培。

Wolf-Watz的团队使用x射线结晶和核磁共振光谱学研究的结构AK1 AK3,发现虽然酶是非常相似的,他们有一个微妙的差异在短循环区域导致AK1 ATP和AK3愿意喜欢三磷酸鸟苷。“现在我们可以看任何正义与发展党酶,循环的结构,并预测是否会使用ATP或三磷酸鸟苷,“Wolf-Watz说。下一步是检查一个更古老版本的AK酶——从奥丁古生菌——学习如何AK1 AK3进化到更喜欢不同的核苷酸基板。

研究人员净化古生菌AK和确定其结构。他们发现循环重要的歧视ATP古细菌酶和三磷酸鸟苷是更长时间,和化学组,可以结合核苷酸。“我们发现的是一个人类的早期祖先部包含两个能力,它可以使用ATP和三磷酸鸟苷,“Wolf-Watz说。“在进化的过程中,它成为成为一个或另一个特定的专业,根据细胞室在那里驻留。“古生菌AK实际上可以使用所有天然核苷三磷酸腺苷(国家结核控制规划)。“我们发现了一个普遍的国家结核控制规划约束力的主题,可以是一个构建块为未来设计新颖的酶,“Wolf-Watz说。

酶的热点AK包含三个副本(称为三聚物),通过螺旋结构相互结合。部在人类,这个区域的突变使酶副本无法坚持。人类酶功能独立,几乎是1000倍的更加活跃。三聚体可能是更稳定的极端环境的热液喷口,但是人类的酶可能交易的热稳定性较高的活动,这是很重要的在一个凉爽的环境,Wolf-Watz说。

接下来,研究人员想工程师小说酶可能是有用的在有机合成或药物开发。他们也要检查其他酶从奥丁古生菌和学习如何进化。随着时间的推移,“我们研究一个酶,这神奇的发现,“Wolf-Watz说。“当然,有更多的发现。就像我们挖掘一个宝箱”。

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