分解二氧化碳的酶中的金属簇可以在两种不同形状之间切换。
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许多微生物都有一种能将二氧化碳转化为一氧化碳的酶。这个反应对碳化合物的生成和能量的产生至关重要,特别是对于细菌生活在无氧的环境。

这种酶也引起了研究人员的极大兴趣,他们希望找到从大气中去除温室气体并将其转化为有用的含碳化合物的新方法。

目前转化二氧化碳的工业方法是非常能源密集的。

工业过程,这些反应在高温和高压力


“有工业过程在高温高压下进行这些反应,还有这种酶在室温下也能做同样的事情,“说凯瑟琳庄士贤,麻省理工学院化学和生物学教授,霍华德休斯188betsport医学院研究员。

“很长一段时间,人感兴趣的是了解自然执行这个具有挑战性的化学组装金属。”188betsport“

庄士贤和她的同事在麻省理工学院,布兰代斯大学,在法国及法国的大学现在已经发现的一个独特方面的结构“C-cluster”——金属和硫原子的集合形成的核心酶一氧化碳脱氢酶(CODH)。

而不是形成刚性支架,正如所料,集群可以改变其配置。

“这不是我们期望看到的,“伊丽莎白·威滕伯恩说,最近麻省理工学院博士接受者和该研究的第一作者,在最近一期《华尔街日报》“eLife”。

分子车轮


含金属的团簇,如C团簇,在微生物中也会发生许多其他的临界反应。包括分裂氮气,这在工业上很难复制。

庄士贤开始研究一氧化碳脱氢酶的结构和C-cluster大约20年前,她在麻省理工学院开始实验室后不久。

她和另一个研究小组分别用X射线结晶学提出了这种酶的结构,但结构不太一样。的差异最终被解决,CODH的结构被认为是。

Wittenborn拿起项目几年前,希望钉下来为什么酶失活是如此敏感的氧气和决定如何C-cluster被放在一起。

C-cluster两个不同的结构


让研究人员惊讶的是,他们的分析揭示了C群的两种不同结构。首先是安排他们期望看到——一个立方体组成的四个硫原子,三个铁原子,和镍原子,第四个铁原子连接到多维数据集。

在第二个结构,然而,镍原子从立方体结构中被移除,取代了第四个铁原子。移位的铁原子与附近的氨基酸结合,半胱氨酸,持有它的新位置。

其中一个硫原子也从立方体中移出。所有这些运动似乎发生在一致,在一个运动中,研究人员称之为分子车轮”。“

“硫,铁,镍都移到了新的地方,“庄士贤说。“我们真的震惊了。我们认为我们理解这种酶,但是我们发现这样做不可思议的剧烈运动,我们从来没有预期。

“然后我们提出了更多的证据,这实际上是相关和重要的东西——它不仅仅是一个侥幸的事情但是这个集群的设计”的一部分。“

研究人员认为,这一运动,在氧气暴露时发生,有助于保护星团不受氧气的影响而完全和不可逆地散开。

“似乎这是一个安全网,允许的金属转移到地方他们更安全的蛋白质,“庄士贤说。

Douglas Rees加州理工学院化学教授,188betsport本文描述为“一个迷人的集群转换过程的美丽研究”.

“这些集群mineral-like特性和它可能认为他们会像岩石一样稳188bet亚洲体育定,“Rees说,他没有参与这项研究。

“相反,集群可以是动态的,它赋予它们在生物环境中对其功能至关重要的特性。”“

不是刚性脚手架


这是在任何酶簇中所观察到的最大的金属位移,但在其他一些研究中发现了小规模的重新排列,包括一个金属集群中固氮酶的酶,氮气转化成氨。

“过去,人们认为这些集群实际上就是这些刚性的脚手架,只是在最近几年有越来越多的证据出现,他们不是真正的刚性,“庄士贤说。

研究人员现在正试图弄清楚细胞是如何组装这些簇的。学习更多关于这些集群是如何工作的,他们是如何组装,它们是如何受氧气影响的,这可以帮助科学家们将它们的行为复制到工业用途上,庄士贤说。

有一个很大的兴趣提出应对温室气体的积累方式,例如,将二氧化碳转化为一氧化碳和醋酸,可作为多种有用含碳化合物的积木。

“这比人们想象的要复杂。如果我们了解它,然后我们有更好的机会真正模仿生物系统,“庄士贤说。

这项研究由国家卫生研究院和法国国家研究机构资助。

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许多微生物都有一种能将二氧化碳转化为一氧化碳的酶。这个反应对碳化合物的生成和能量的产生至关重要,尤其是对于生活在无氧环境中的细菌来说,这种酶对那些想找到新的方法来去除温室气体的研究人员也很感兴趣。