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酵素有2輔酶?中研院解謎

2019-04-19
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運用冷凍電顯技術 解析蛋白質構造 研究成果有助發展生質燃料

〔記者簡惠茹/台北報導〕中研院與中央大學團隊,率全球之先以高解析度冷凍電子顯微鏡研究「酶」,回答了連諾貝爾化學獎得主也困惑的問題,解答為什麼有酵素擁有兩個輔酶,本月登上化學界頂尖國際期刊《美國化學學會期刊》。

中央大學生命科學系陳青諭助理教授與中研院院士、冷凍電顯中心主持人蔡明道合作,運用冷凍電顯技術,以原子級的解析度分析酵素的蛋白質構造,研究成果有助於透過基因工程,生產更多生質燃料,論文刊載於《美國化學學會期刊》(Journal of the American Chemical Society),期刊並將研究成果選為當期封面,呈現如藝術創作般、蛋白質酵素的3D立體結構圖。

解開諾貝爾化學獎得主的疑惑

陳青諭指出,硫磺礦硫化葉菌(Sulfolobus solfataricus)的熱穩定性酮醇酸還原異構酶(ketol-acid reductoisomerase, KARI)有助於增加生質能異丁醇的產量,但是學界一直有一個未解之謎,因為一般酵素只會有一個輔助酵素工作的輔酶,但是KARI卻有兩個,包含NADH與NADPH,去年諾貝爾化學獎得主弗朗西絲.阿諾德也曾想解開這個謎題,今年則由他們成功解答。

陳青諭說,解答的關鍵在於中研院去年引進具有原子級解析度的冷凍電子顯微鏡,並成立「冷凍電子顯微鏡中心(ASCEM)」,透過原子級解析度觀察了解KARI產生結構形狀的改變,因此擁有兩個輔酶。

此外,陳青諭指出,這個酵素在酸鹼值pH值七.五環境下還有活性,但到八之後就變成零活性,由於冷凍電子顯微鏡解析度達到○.二奈米左右,所以可以清楚看到蛋白質的結構產生的變化,這個酵素工作的時候需要兩個鎂離子,不同酸鹼度下,兩者距離會從短到長,進而影響活性。

院士蔡明道表示,中研院冷凍電顯中心已具世界一流的等級,本次研究即為國際上第一篇利用高解析度冷凍電顯結構來明確探討酶學的文章,目前還有將近七個研究計畫正在冷凍電顯中心運作,成果也將開始顯現,本研究在張淵智研究副技師等人協助下,不到一年時間即有傑出成果。

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中研院士蔡明道。(中研院提供)

中研院士蔡明道。(中研院提供)

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