我科学家突破酶催化新机制

科技日报记者 陈曦

3月6日，记者从中国科学院天津工业生物技术研究所获悉，该院高书山研究团队与杭州师范大学郭瑞庭教授课题组在酶催化机制研究中取得突破。长期以来，活性氧超氧阴离子（O2・⁻）被视为细胞中的“健康杀手”，它像一把失控的“分子剪刀”，肆意破坏DNA、蛋白质等生物大分子，与癌症、衰老等重大疾病密切相关。然而，该研究团队的一项最新研究彻底颠覆了这一传统认知。团队发现，超氧阴离子竟能成为药物合成的“催化剂”，这为药物绿色制造和合成生物学领域开辟了全新路径。相关研究成果于北京时间3月6日发表在国际学术期刊《自然》上。

超氧阴离子是生物体代谢时产生的一种活性氧自由基。一直以来，科学家们持续研究如何清除它，以减轻其对健康的危害。然而研究团队发现，超氧阴离子在特定条件下可以成为高效的生物催化剂，参与麦角碱药物分子的合成。

据了解，麦角碱是一类重要的药物分子，临床上有10余种药物基于其结构开发，用于治疗孕妇大出血、帕金森病和偏头痛等疾病。在合作团队杭州师范大学的结构生物学数据支撑下，高书山首先发现了参与麦角碱合成的过氧化氢酶EasC工作的奥秘。

高书山介绍，EasC拥有两座“车间”：一座位于酶中心，负责生产超氧阴离子；另一座位于酶表面，负责催化麦角碱分子的合成。两座“车间”之间通过一条“输送管道”相连，超氧阴离子通过这条管道被精准输送到酶表面，启动药物分子的合成。

“这种‘双车间-输送管道协同’酶催化方式的设计，既利用了超氧阴离子的强大反应能力，又规避了它的破坏性，体现了微生物酶系统在氧化学利用方面的进化智慧。”高书山说。

团队进一步研究发现，超氧阴离子的生产过程并不需要消耗外源电子，而是由麦角碱底物分子直接“供电”完成。超氧阴离子只在酶表面的底物到位时才会生产并启动运输。这种精密的调控机制不仅提高了药物合成的效率，还避免了超氧阴离子对细胞的毒性作用。

这项研究首次揭示了超氧阴离子在生物催化中的多功能性，突破了现有对其“负面”功能的传统认知。高书山表示，这种基于超氧阴离子的催化机制可能广泛存在于不同的酶系统中，为人工设计高效生物催化剂开辟了全新路径。

在应用方面，这一发现将加速麦角碱等抗抑郁药物的新药开发和绿色制造进程。相关酶制剂的开发将为传统化学合成提供绿色低碳的可持续替代方案，推动医药制造向高效、环保的范式转变。

国内外领域专家对该成果给予了高度评价，认为其“可能重塑氧化酶进化认知”，并强调“为人工设计高效生物催化剂开辟全新路径，在生物制药、绿色化工及新型能源开发等领域具有重大应用潜力。”