宋宵因从吃到用了解酶——研究发现了古细菌产乙烯和甲烷的关键类酶系统

众所周知，古细菌是产沼气的主要菌种，过去人们不清楚古细菌合成乙烯和甲烷是通过什么系统实现的。近日，一项发表在《科学》杂志上的研究为我们揭示了这一过程的关键角色——一种名为类氮酶的酶类系统。这一途径存在于许多物种中，它使用一种不同于已知固氮酶和固氮样还原酶的类氮还原酶，具体作用是破坏C-S键，以减少普遍存在的和可感知的挥发性有机硫化合物，如二甲基硫化物和（2—甲基硫）乙醇。释放出的甲硫醇作为直接的蛋氨酸的前兆，乙烯或甲烷释放到环境中。甲硫氨酸是一种含硫的氨基酸，在生物体内的作用至关重要，是蛋白质合成的基础。乙烯是一种植物激素，对植物的生长发育起着重要调节作用。甲烷则是一种常见的温室气体，同时也在微生物的能量代谢中发挥着重要作用。过去，我们只知道这些化合物是在生物体内由酶催化形成的，但具体的催化机制一直不清楚。这项研究通过实验证据，证明了类氮酶系统能够催化这些化合物的高效合成。类氮酶系统是一种能够将氮气转化为氮化合物的高效酶类。在这个过程中，类氮酶系统中的铁蛋白能够选择性地结合氮气，并将其转化为氮化合物。这个过程所需的能量非常少，远低于通过化学方法转化氮气的能量需求。研究团队通过基因测序和蛋白质组学分析，找到了类氮酶系统中的关键元件。通过突变实验，他们发现这些关键元件的突变会显著降低类氮酶系统的催化效率。这为进一步优化类氮酶系统的催化性能提供了重要的参考。这个发现也为化学工业提供了一种新的类酶系统。通过类氮酶系统，我们可以高效地生产出甲硫氨酸、乙烯和甲烷，这在人工合成有机物领域具有重大意义。如果该类氮酶系统能大规模商业化生产应用，将会给生物天然气领域带来革命性的突破。总之，这项研究为我们揭示了类氮酶系统在生物合成甲硫氨酸、乙烯和甲烷中的作用，为我们提供了新的理解氮元素代谢的方式。同时，也为未来的化学工业提供了新的可能性。在未来的研究中，我们期待看到类氮酶系统在更多领域的应用，为我们的生活带来更多惊喜。参考文献：[1] Smith, Dayna R., et al. "A nitrogenase-like enzyme system catalyzes methionine, ethylene, and methane biogenesis." Science, vol. 369, no. 6500, 2020, pp. 1094-1098.