Nature:酶协同作用中的低势垒氢键

北2北

2019-09-19

    以血红蛋白和天冬氨酸转氨酶为例，许多蛋白质的协同作用和变构调节的潜在分子机制已经被研究的比较透彻了。但是蛋白质中效应器的结合通常导致其结构发生，这种转变能够广泛传递到遥远的蛋白质分子，并涉及到蛋白质第三级甚至是第四级构象的显著变化。然而，这些传递信号的来源和原子水平上远程信号传播的分子机制仍然不清楚。这是因为信号通路中不同的空间尺度和时间尺度的变化给实验观测造成了困难，特别是现有的结构分析方法无法直观地观察到移动质子的位置和运动。在本文中，德国乔治奥古斯特大学哥廷根分校的Ricardo A. Mata和Kai Tittmann等发现在多聚酶协同作用途径中低势垒氢键能够作为开关元件进行构象调控。他们在两种多聚酶的超高分辨率X射线晶体结构中观察到这些低势垒氢键，并用理论计算对其分布进行了验证。在由酸性侧链和水分子组成的通路中，活性中心的催化反应在低势垒氢键和普通氢键之间切换，这些现象通过质子的集体重新定位来传递信号。经由这种方式产生的信号沟通使得低聚物中发生的催化作用能够同步进行。该工作不仅为蛋白质中低势垒氢键的存在提供了实验证据和理论模型，而且还为酶的协同作用提供了联系。这一发现为药物和酶的设计提出了新的方案，即可以有目的地设计相应的残基序列以实现远程通信，从而调节工程生物分子。

Shaobo Dai, Ricardo A. Mata, Kai Tittmann et al, Low-barrier hydrogen bonds in enzyme cooperativity, Nature,2019

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1581-9