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天然酶让硅碳结合 可助力新药研制

来源:科技日报 日期: 2016年11月28日

 

美国科学家发现,在一种天然酶的作用下,当活体大肠杆菌细胞被“喂食”合适的含硅化合物时,其内部可形成碳—硅键。这是科学家首次证明有机生物体能让硅碳结合。除有助新药研制外,该研究还有助于解答生物进化过程为何对硅视而不见的问题。

生物体让很多常见的金属为其所用,如血红蛋白细胞中含有铁,叶绿素中含有镁等。尽管硅是地球上第二丰富的元素,仅次于氧,但硅仅现于生物的无机化合物内,例如单细胞硅藻的氧化硅壳,从未进入有机生命的碳基链内,这一直是个未解之谜。

此前,科学家们已借助人造催化剂,让硅和碳“联姻”,但加州理工大学的弗朗西斯·阿诺德想厘清天然酶是否也能充当让硅碳结合的“红娘”。

阿诺德团队发表在24日出版的《科学》杂志上的论文称,他们对蛋白质数据库进行了全面筛查,并从数十种有潜力的酶中挑出了一个。这种酶源于一类生活在冰岛海底温泉内的嗜极菌——海洋红嗜热盐菌。他们将其插入大肠杆菌内。果不其然,如果添加合适的含硅化合物,这种酶能催化硅—碳键的合成。

不过,在制造硅有机化合物方面,经过遗传修改的大肠杆菌的效率仍然不是很高,因此,研究团队让这种酶的活性区域发生变异,经过数代进化,新的天然酶效果优于人造催化剂。阿诺德表示,接下来他们打算研究将硅整合入生命的好处和成本。

诺贝尔化学奖得主、康奈尔大学的罗德·霍夫曼说:“最新研究将化学方法和定向进化结合在一起,制造出的酶形成了碳—硅键,这一美妙研究创造了新化学形式。”

以色列理工大学有机化学专家伊扎克·阿佩罗伊格说:“新研究为药物研发领域开辟了新路径,有助于发现和研制出新药。”


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