复活的蛋白质揭示了重要酶的结构

为了解除有毒物质的武装，包括人类在内的许多生物都拥有一种酶，这种酶被称为含黄素的单加氧酶(FMO)。尽管它们的重要性，但由于蛋白质太不稳定而无法详细研究，因此酶的结构尚未解决。格罗宁根大学的酶工程师Marco Fraaije及其来自意大利和阿根廷的同事重建了三个FMO基因的祖先遗传序列，随后对其进行了研究。祖传酶被证明足够稳定，可以研究并揭示FMO如何代谢有毒物质。研究结果发表在12月23日的《自然结构与分子生物学》上。

FMO存在于动物，植物和细菌中。人类有五种FMO 参与代谢有毒物质和激活药物，而FMO 基因突变可能会引起疾病。“这些酶已由制药公司进行了详细研究，但我们仍然没有详细的结构，” Fraaije说。人类FMO是膜结合蛋白，被证明不可能通过X射线衍射结晶成标准结构。“我的小组在15年前发表了细菌FMO的结构，但这不是膜结合蛋白。”

系统发育树

几项发展促使Fraaije和他的同事在结构上有了新的进展：“在过去的几年中，发布了许多不同FMO的基因序列。这使您可以构建系统发育树，但也可以为FMO重建祖先的基因序列。” 这些基因序列用于创建人工DNA，然后将其翻译为细菌系统中的蛋白质。Fraaije说：“先前的研究表明，这种祖先蛋白通常比现代蛋白更稳定。”

来自阿根廷国立圣路易斯大学的同事重建了DNA序列，格罗宁根大学小组生产并鉴定了蛋白质，意大利帕维亚大学的科学家确定了这些蛋白质的结构。国际团队设法分析了五个人类FMO中三个的原始形式。

此图显示了FMO酶的系统进化树。祖传酶被证明足够稳定，可以研究并揭示FMO如何代谢有毒物质。这使得重建FMO基因中致病突变的影响成为可能，例如引起鱼腥味综合症的突变。图片提供：格罗宁根大学Fraaije实验室

隧道

“结果令人着迷，” Fraaije说。“ 酶的膜结合部分形成了一种通道，物质可以通过该通道传输到活性部位。” 许多有毒化合物是脂肪物质，会积聚在脂肪细胞膜中。“ FMO酶可以将它们从膜上带走并氧化。” 这使毒素更具亲水性，从而使细胞更容易排泄它们。尽管三个FMO中的活性部位相同，但它们的通道略有不同，可能适合于不同种类的有毒化合物。“我们知道不同的FMO会代谢不同的物质，现在我们可以解释为什么会这样。”

使用重建的祖先基因的方法已见成效。Fraaije说：“祖先蛋白和现代蛋白的氨基酸序列具有90%的相同性，而它们的功能却完全相同。” 现在，科学家和制药公司终于可以看到FMO的工作原理。“这可能有助于设计被这些酶激活的药物。观察到祖先蛋白更稳定的观点也很有趣。了解为什么会这样，这有助于我们设计出更稳定的酶用于工业用途。”

鱼臭综合症

最后，现在有可能重建FMO基因中致病突变的影响。这些突变之一引起鱼腥味综合症，其中FMO3的突变导致无法代谢三甲胺物质。这种具有强烈鱼腥味的物质因此会在体内积聚，并通过汗液，尿液和呼吸道释放出来。Fraaije：“这是一个高风险的项目，因为我们不知道祖传蛋白质是否足够稳定。但是它已经获得回报。”

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