布里斯托爾大學(xué)的研究人員已經(jīng)展示了實(shí)驗(yàn)室進(jìn)化如何產(chǎn)生用于新自然反應(yīng)的高效酶，為制造藥物和其他化學(xué)品的新方法和更環(huán)保的方法打開(kāi)了大門(mén)。
科學(xué)家們以前曾使用計(jì)算機(jī)從頭開(kāi)始設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)催化劑，但這些催化劑的能力遠(yuǎn)不如天然酶。為了提高它們的性能，可以使用一種稱為實(shí)驗(yàn)室進(jìn)化的技術(shù)，該技術(shù)是美國(guó)化學(xué)工程師弗朗西斯·阿諾德 (Frances Arnold) 首創(chuàng)的，并因此獲得了 2018 年的諾貝爾獎(jiǎng)。 定向進(jìn)化模仿自然選擇，使科學(xué)家能夠利用生物學(xué)的力量來(lái)提高能力蛋白質(zhì)來(lái)執(zhí)行任務(wù)，例如催化特定的化學(xué)反應(yīng)。
但是，盡管研究小組最近使用實(shí)驗(yàn)室進(jìn)化將設(shè)計(jì)的酶提高了 1000 倍以上，但尚不清楚進(jìn)化如何提高其活性。到現(xiàn)在。
主要作者布里斯托爾化學(xué)學(xué)院的Adrian Mulholland 教授說(shuō)：“進(jìn)化可以使催化劑更加活躍。問(wèn)題是，進(jìn)化以神秘的方式運(yùn)作：例如，明顯改善催化作用的突變通常涉及遠(yuǎn)離發(fā)生反應(yīng)的活性位點(diǎn)的氨基酸變化。”
“我們想了解進(jìn)化如何將低效的設(shè)計(jì)生物催化劑轉(zhuǎn)化為高活性酶。”該研究的第一作者 Adrian Bunzel 博士說(shuō)。
為此，來(lái)自布里斯托爾、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和懷卡托大學(xué)(新西蘭)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向了分子計(jì)算機(jī)模擬。“這些表明進(jìn)化改變了蛋白質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方式——它的動(dòng)力學(xué)。簡(jiǎn)而言之，進(jìn)化‘調(diào)整’了整個(gè)蛋白質(zhì)的靈活性，”他補(bǔ)充道。
該團(tuán)隊(duì)還確定了負(fù)責(zé)這種“調(diào)整”的蛋白質(zhì)中的氨基酸網(wǎng)絡(luò)。這些網(wǎng)絡(luò)涉及因進(jìn)化而改變的蛋白質(zhì)部分。
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