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Nature:蛋白如何“浴火重生”?

标签:蛋白质
摘要 : 组成我们身体的蛋白质其实是个了不得的东西,一些蛋白甚至可以在短短的一秒钟内完成百万次的催化反应,而且这种反应会产生极高的温度,那么这些蛋白如何踏过这些“火山”的呢?

 Nature:蛋白如何“浴火重生”?

组成我们身体的蛋白质其实是个了不得的东西,一些蛋白甚至可以在短短的一秒钟内完成百万次的催化反应,而且这种反应会产生极高的温度,那么这些蛋白如何踏过这些“火山”的呢?

来自印第安纳大学与普渡大学印第安纳波里斯联合分校IUPUI,加州大学伯克利分校的研究人员解答了这一问题,相关成果公布在12月10日的Nature杂志上。

蛋白是人体所必需的组成元素,能完成细胞中的大量工作。这种大分子参与了组织和器官中结构组成,发挥功能和调节的作用,而酶这种特殊的蛋白更加是身体都不可或缺的基本单元,是每个机体从呼吸到行走都需要的元件。研究表明,一些酶在催化反应过程中会产生大量的热量,这些热量如果传递给另一个蛋白,也许就会造成蛋白过热,无法折叠,那么它们是如何排出热量,避免过热和自毁的呢?

IUPUI的Steve Pressé博士表示,“改善人体健康的一个关键目标就是了解蛋白如何从作用反应中恢复,并最终了解如何加速它们的活性,”Pressé博士领导了这项研究。

“我们揭示了酶的这个秘密:酶能通过即时加快反应速度,从而散热,这一发现对于活体系统热量流动的理解具有重要意义。”

Pressé解释道,在催化反应过程中,酶对产生热量的应答反应是通过扩张和压缩,猛烈推动产生一种压力波,研究人员将这种压力波称为化学声波(chemoacoustic wave),因为这是由一种化学反应热量导致产生的。

“那么蛋白又是如何避免被大量产生的热造成损伤,并且不解构的呢?我们发现这些蛋白能将来自化学声波的热位点处释放的能量推开,并同时将这些热量推走,这样才能不受到热攻击,”Pressé 说。

研究人员计划下一步继续在其它蛋白中,利用多个实验和理论方法分析这种“化学声波效应”。

原文链接:The heat released during catalytic turnover enhances the diffusion of an enzyme

原文摘要:Recent studies have shown that the diffusivity of enzymes increases in a substrate-dependent manner during catalysis1, 2. Although this observation has been reported and characterized for several different systems3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, the precise origin of this phenomenon is unknown. Calorimetric methods are often used to determine enthalpies from enzyme-catalysed reactions and can therefore provide important insight into their reaction mechanisms11, 12. The ensemble averages involved in traditional bulk calorimetry cannot probe the transient effects that the energy exchanged in a reaction may have on the catalyst. Here we obtain single-molecule fluorescence correlation spectroscopy data and analyse them within the framework of a stochastic theory to demonstrate a mechanistic link between the enhanced diffusion of a single enzyme molecule and the heat released in the reaction. We propose that the heat released during catalysis generates an asymmetric pressure wave that results in a differential stress at the protein–solvent interface that transiently displaces the centre-of-mass of the enzyme (chemoacoustic effect). This novel perspective on how enzymes respond to the energy released during catalysis suggests a possible effect of the heat of reaction on the structural integrity and internal degrees of freedom of the enzyme.

来源: Nature 浏览次数:425

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