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目前公認酶與底物結合方式的假說

生活 更新时间:2024-08-12 19:16:41

目前公認酶與底物結合方式的假說(量子力學計算揭示酶活性位點的隐藏狀态)1

圖片說明:鐵硫簇(a [2Fe-2S] cluster)。圖片來源:C. Todd Reichart

在金屬原子簇這一活性位點的幫助下,酶支配着很多基本的生物過程,比如光合作用、固氮作用和呼吸作用。但是科學家們還不了解酶這一功能的基本信息,因為這些對研究其化學性質至關重要的狀态無法借由實驗進行觀測。現在,美國普林斯頓大學(Princeton University)的研究人員首次直接觀測了鐵硫簇的電子狀态(鐵硫簇是很多酶的活性位點)。該研究成果發表于2014年8月31日的Nature Chemistry雜志,研究通過計算鐵硫簇中電子複雜的量子力學行為來揭示此狀态。

論文的通訊作者、化學系教授Garnet Chan說道:“鑒于量子力學的複雜度,這些問題一度被認為不可能建模。”

在這些系統中,電子之間有着較強的相互作用,它們的運行就像一曲複雜的舞蹈。為了降低計算複雜度,研究人員從量子信息理論的基本原理中推導得出,電子運動有着特殊的形态。

“乍看上去,電子以複雜的方式運動,但最終你會發現隻有周圍最鄰近的電子對其運動有影響,這就類似于擁擠在一個房間裡的人。發現電子的這一行為限制後大大簡化了計算過程——雖然很難,但建模是有可能的。這隻是我們工作的一小部分。”

使用這些新方法,Chan和他的團隊人員發現鐵硫簇的電子狀态比之前研究所報道的都多。于是,他們認為這一豐富的電子狀态可以用來解釋普遍存在的生物過程。

他們發現電子狀态實際上要比之前想象的多很多,這一發現表明存在許多不同的化學狀态。假設這些鐵硫簇使用的是一種聯合機理,而不像之前大家所認為的那樣隻有一條明顯的電子通道,結果會怎樣?Chan一直在思考這個問題。為了驗證這一問題并進一步了解鐵硫簇的行為,研究人員試圖加大計算量,來觀測正在進行的化學變化。

“如果你想知道為什麼鐵硫簇是一個獨特的生化主體,我們如何能得到更好的合成物,我們就必須知道電子的運動過程。”Chan說道,“現在我們已初步觀測它們的運動過程。”

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