線粒體被稱為人類細(xì)胞內(nèi)的動力源，產(chǎn)生細(xì)胞存活所需的能量。然而，作為該過程的副產(chǎn)物，線粒體也產(chǎn)生活性氧(ROS)。在足夠高的濃度下，ROS會引起氧化損傷，甚至可以殺死細(xì)胞。ROS過多與各種健康問題有關(guān)，包括癌癥，神經(jīng)系統(tǒng)疾病和心臟病。
一種稱為錳超氧化物歧化酶(MnSOD)的酶利用一種涉及電子和質(zhì)子轉(zhuǎn)移的機(jī)制來降低線粒體中的ROS含量，從而防止氧化損傷并保持細(xì)胞健康。超過四分之一的已知酶還依靠電子和質(zhì)子轉(zhuǎn)移來促進(jìn)對人類健康至關(guān)重要的細(xì)胞活動。但是，由于很難觀察質(zhì)子的運(yùn)動，它們的大多數(shù)機(jī)制尚不清楚。
內(nèi)布拉斯加州大學(xué)醫(yī)學(xué)中心(UNMC)和能源部(DOE)的橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的研究人員現(xiàn)已觀察到MnSOD的完整原子結(jié)構(gòu)，包括其質(zhì)子排列以及中子散射。這項發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然通訊》上，揭示了質(zhì)子如何被用作幫助MnSOD轉(zhuǎn)移電子以降低ROS水平的工具。這項工作可以幫助專家開發(fā)基于MnSOD的治療方法，并設(shè)計模仿其抗氧化性能的治療藥物。中子研究還為研究利用電子和質(zhì)子轉(zhuǎn)移的其他酶開辟了道路。
UNMC教授兼這項新研究的作者Gloria Borgstahl說：“使用中子，我們能夠看到完全出乎意料的MnSOD特征，我們相信這將徹底改變?nèi)藗儗@種酶及其他類似酶的作用方式。”
MnSOD的作用是靶向超氧化物，超氧化物是一種從線粒體能量生產(chǎn)過程中泄漏的反應(yīng)性分子，并且是其他有害ROS的化學(xué)前體。該酶的活性部位通過利用其錳離子將電子移入或移出反應(yīng)性分子，從而將超氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)槎拘暂^小的產(chǎn)物。錳離子能夠從超氧化物分子中竊取電子，將其轉(zhuǎn)化為氧。然后，可以將這種偷來的電子提供給另一種超氧化物以制造過氧化氫。
為了使這種生化反應(yīng)起作用，需要在酶的氨基酸和其活性位點的其他分子之間進(jìn)行一系列質(zhì)子運(yùn)動。質(zhì)子充當(dāng)使電子運(yùn)動的工具。迄今為止，由于在跟蹤質(zhì)子如何在分子之間穿梭方面存在挑戰(zhàn)，因此尚未在原子水平上定義酶的電子和質(zhì)子轉(zhuǎn)移序列(也稱為其催化機(jī)理)。對這種催化過程的基本了解可以為利用該酶抗氧化能力的治療方法提供參考。
質(zhì)子轉(zhuǎn)移不容易看到，因為它們以原子氫的形式出現(xiàn)，而X射線和其他用于觀察原子的技術(shù)很難檢測到。另一方面，中子對較輕的元素(如氫)敏感，因此可以查明質(zhì)子運(yùn)動。中子也很適合這項研究，因為它們不與電子相互作用，這與其他原子可視化技術(shù)不同。因此，它們可用于研究電子轉(zhuǎn)移酶的內(nèi)部功能，而不會干擾其電子狀態(tài)。
標(biāo)簽： 抗氧化酶
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