发现光酶可以在暴露于光线下将脂肪酸转化为碳氢化合物


具有FAD光敏元件的称为脂肪酸光脱羧酶(FAP)的光酶的结构特征

不论光合作用的存在,光都参与生物体内发生的许多生物过程。 这些是诸如生长,发育,代谢和日常生物节律的过程。 在大多数情况下,光通过“中介”(光敏蛋白,包括光敏离子通道,光感受器,光捕获复合物和光依赖酶)影响细胞生理。 后者可分为两种类型:1)具有光活化作用的酶,仅需短暂的光突发即可进入活性状态; 2)需要恒定光子通量以保持催化功能的光酶。 实际上,后者在光子上作为燃料运行。

光酶是一种罕见的催化剂。 在自然界中,只有两类这种蛋白质:DNA光解酶和原叶绿素,DNA光解酶在许多生物中修复了紫外线造成的DNA损伤。

光酶是生物技术中非常有用的工具。 当通过光命令抑制或激活大脑中特定的神经联系时,它们可用于实时观察快速的酶促过程,作为其他酶设计和光遗传学中的辅助链接。

同时,科学家也知道微藻,例如变异小球藻 NC64A或莱茵衣藻 137C,它们将脂肪酸的长链转化为烷烃(饱和烃)或不饱和烃,该过程取决于光的存在。

来自法国艾克斯-马赛大学生物科学与生物技术研究所的一组科学家设法分离出一种特定的光酶,该酶在绿色微藻小球藻中合成了烷烃。

该发现的重要性很难被高估,因为除了脂肪和阳光之外,在辅酶中合成烷烃不需要其他任何因素。 该酶可以被引入到其他生物中,包括细菌,并在工业中使用。

对酶的光敏性的研究表明,该酶对波长为450-500 nm(蓝光)的光最敏感,最大波长为467 nm。



酶活性与曝光量成正比。 左下图显示了对白光照明的依赖性,右下图显示了在蓝光和红光影响下,生物反应器中生长的莱茵衣藻细胞中碳氢化合物含量的依赖性。



科学工作的作者将新酶命名为FAP-脂肪酸光脱羧酶,即脂肪酸的光脱羧酶。 脱羧是以CO 2的形式裂解氨基酸羧基的过程,因此该酶是真正的脱羧酶。

FAP在进化中的位置显示在系统树上。



因此,发现了另一种在其生命过程中形成碳氢化合物的酶。 到目前为止,已知许多具有这种功能的酶:蓝细菌中的氧化还原酶和聚酮化合物,植物中的去饱和酶样蛋白CER1和CER3,细菌Jeotgalicoccus sp。中的细胞色素P450。 以及昆虫中的ATTC8456和铜绿假单胞菌中的糖尿病氧化还原酶。 新的光酶加入其中。 这种类型的酶可能很少见,因为进化不会促进光依赖性化学反应。

科学家们强调,从形成碳氢化合物的各种酶来看,很显然光对于这种反应不是必需的。 因此,仅需假设为什么FAP可以精确地作用于光子。 也许这是由于酶的细胞内功能。 该功能可能在原发性内共生后出现,继发性内共生后仍然存在,但在植物中丧失。 它在藻类中的保存表明正是这些生物固有的某些特定功能。

一种新的辅酶的发现表明,在活生物体中,在光影响下的催化作用不仅限于光吸收和DNA修复过程。 光子也适用于生产碳氢化合物。

而且,作者建议可以稍微修饰辅酶以进行其他化学反应-这是生物黑客的一大活动领域。

该科学文章于2017年9月1日发表在《 科学 》杂志上(doi:10.1126 / science.aan6349, pdf )。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN406401/


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