分子“GPS”可定位酶的活性中心

在日常生活中，全球定位系统(GPS)能可靠定位一辆车在行驶途中的即时位置。最近，德国波恩大学科学家开发出一种分子“GPS”，用这种“分子定位系统”能可靠确定金属离子在酶里面的位置，这些离子在新陈代谢和生物产品合成中都扮演着重要角色。相关论文发表在最近的《应用化学》杂志上。

如果没有酶，地球上也不会有生命。这些酶分子控制着各种生化反应，从食物消化到遗传信息复制。“酶的空间结构很复杂，有着多重折叠，许多层和许多弯曲。”波恩大学物理与理论化学研究所教授奥拉夫·希曼说。

而这种“蛋白质结”的反应中心叫做“活性中心”，通常有一种或多种金属离子。在化学反应中，物质会附着或接近金属离子，离子帮助破坏和重建分子键，由此将一种物质转变为另一种新物质。比如在人们胃里，就不断地发生着这种转变，食物被分解成身体容易吸收的物质。

为了研究这些酶是怎样运作的，科学家需要精确掌握单个原子在这些生物分子中是怎样排列的。“只要我们知道酶里面的金属离子在什么地方，就能精确掌握反应进程。”希曼说。他的研究小组利用一种与GPS(全球定位系统)原理极为类似的新方法，确定了一种酶的活性中心的位置。

“酶的结构复杂重复，就像交通高峰时的高速迷宫。”研究人员解释说，要在繁忙的高速路上定位一辆车几乎是不可能的，金属离子就像高速路上的车，“隐藏”在酶的重重缠绕和折叠中。就像GPS能定位某辆车的位置，分子GPS也能定位金属离子的位置。

“我们的‘卫星’是自旋标记。”研究生第纳尔·阿布杜林说，这是一些小的有机分子，有不成对电子而且很稳定。他们把6个这种“分子卫星”散布到天青蛋白(azurine，中心有铜离子的蓝色蛋白)酶模型中，首次通过计算机程序跟踪了这些微小“卫星”在缠绕的酶中的“轨道”。他们用一种叫做PELDOR的分光计确定了各个“卫星”和金属离子之间的距离。“就像GPS那样，我们能精确定位酶里面活性中心的位置。”阿布杜林说。

“我们开发了用于基础研究的方法，还能用它来弄清其它酶的结构。”希曼说。更好地理解活性中心的物质转变，最终也是工业制药的基础。