記者4月7日從中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所獲悉，該院研究員高書山研究團隊與杭州師范大學(xué)教授郭瑞庭研究團隊在酶催化機制研究中取得突破。研究團隊發(fā)現(xiàn)，超氧陰離子可成為藥物合成的催化劑。這首次揭示了其在生物催化中的多功能性，突破了現(xiàn)有對超氧陰離子的傳統(tǒng)認知。該研究為藥物綠色制造開辟了全新路徑，相關(guān)成果日前發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。
超氧陰離子是生物體代謝時產(chǎn)生的一種活性氧自由基。長期以來，超氧陰離子被視為“健康殺手”。它像一把失控的“分子剪刀”，肆意破壞DNA、蛋白質(zhì)等生物大分子，并且與癌癥、衰老等重大疾病密切相關(guān)?？茖W(xué)家們一直在研究如何清除它，以減輕其對健康的危害。
然而，研究團隊發(fā)現(xiàn)，超氧陰離子在特定條件下可以成為高效的生物催化劑，參與麥角堿藥物分子的合成。據(jù)了解，麥角堿是一類重要的藥物分子，臨床上有十幾種藥物基于其結(jié)構(gòu)開發(fā)，可用于治療孕婦大出血、帕金森病和偏頭痛等疾病。在杭州師范大學(xué)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)數(shù)據(jù)支撐下，高書山首先發(fā)現(xiàn)了參與麥角堿合成的過氧化氫酶工作的奧秘。
高書山介紹，過氧化氫酶擁有兩座“車間”：一座位于酶中心，負責(zé)生產(chǎn)超氧陰離子；另一座位于酶表面，負責(zé)催化麥角堿分子的合成。兩座“車間”之間由一條“輸送管道”相連，超氧陰離子通過這條管道被精準輸送到酶表面，啟動藥物分子的合成。
“這種‘雙車間—輸送管道協(xié)同’酶催化方式，既利用了超氧陰離子的強大反應(yīng)能力，又規(guī)避了它的破壞性。”高書山說。
研究團隊進一步發(fā)現(xiàn)，超氧陰離子的生產(chǎn)過程并不需要消耗外源電子，而是由麥角堿底物分子直接“供電”完成。超氧陰離子只在酶表面的底物到位時才會開始生產(chǎn)并啟動運輸。這種精密的調(diào)控機制不僅提高了藥物合成的效率，還避免了超氧陰離子對細胞的毒性作用。
該發(fā)現(xiàn)將加速麥角堿等新藥開發(fā)和綠色制造進程。相關(guān)酶制劑的開發(fā)將為傳統(tǒng)化學(xué)合成提供綠色低碳的可持續(xù)替代方案，推動醫(yī)藥制造向高效、環(huán)保的范式轉(zhuǎn)變。
記者4月7日從中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所獲悉，該院研究員高書山研究團隊與杭州師范大學(xué)教授郭瑞庭研究團隊在酶催化機制研究中取得突破。研究團隊發(fā)現(xiàn)，超氧陰離子可成為藥物合成的催化劑。這首次揭示了其在生物催化中的多功能性，突破了現(xiàn)有對超氧陰離子的傳統(tǒng)認知。該研究為藥物綠色制造開辟了全新路徑，相關(guān)成果日前發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。
超氧陰離子是生物體代謝時產(chǎn)生的一種活性氧自由基。長期以來，超氧陰離子被視為“健康殺手”。它像一把失控的“分子剪刀”，肆意破壞DNA、蛋白質(zhì)等生物大分子，并且與癌癥、衰老等重大疾病密切相關(guān)?？茖W(xué)家們一直在研究如何清除它，以減輕其對健康的危害。
然而，研究團隊發(fā)現(xiàn)，超氧陰離子在特定條件下可以成為高效的生物催化劑，參與麥角堿藥物分子的合成。據(jù)了解，麥角堿是一類重要的藥物分子，臨床上有十幾種藥物基于其結(jié)構(gòu)開發(fā)，可用于治療孕婦大出血、帕金森病和偏頭痛等疾病。在杭州師范大學(xué)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)數(shù)據(jù)支撐下，高書山首先發(fā)現(xiàn)了參與麥角堿合成的過氧化氫酶工作的奧秘。
高書山介紹，過氧化氫酶擁有兩座“車間”：一座位于酶中心，負責(zé)生產(chǎn)超氧陰離子；另一座位于酶表面，負責(zé)催化麥角堿分子的合成。兩座“車間”之間由一條“輸送管道”相連，超氧陰離子通過這條管道被精準輸送到酶表面，啟動藥物分子的合成。
“這種‘雙車間—輸送管道協(xié)同’酶催化方式，既利用了超氧陰離子的強大反應(yīng)能力，又規(guī)避了它的破壞性。”高書山說。
研究團隊進一步發(fā)現(xiàn)，超氧陰離子的生產(chǎn)過程并不需要消耗外源電子，而是由麥角堿底物分子直接“供電”完成。超氧陰離子只在酶表面的底物到位時才會開始生產(chǎn)并啟動運輸。這種精密的調(diào)控機制不僅提高了藥物合成的效率，還避免了超氧陰離子對細胞的毒性作用。
該發(fā)現(xiàn)將加速麥角堿等新藥開發(fā)和綠色制造進程。相關(guān)酶制劑的開發(fā)將為傳統(tǒng)化學(xué)合成提供綠色低碳的可持續(xù)替代方案，推動醫(yī)藥制造向高效、環(huán)保的范式轉(zhuǎn)變。
本文鏈接：http://jphkf.cn/news-2-1641-0.html“健康殺手”超氧陰離子變身生物催化劑
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