挑战酶经典理论：磁铁理论

　　

生物通报道：不同的钥匙不能开同一把锁，但是在生物系统中，一个催化剂的不同形式却能催化同一个反应，最近的一项研究解释了这一现象。这一研究成果挑战了之前有关催化剂作用的传统看法，也为新型催化剂的设计提供了一种新方法，这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

催化剂是一种在不参与化学反应的条件下加速反应的一种分子，许多工厂和生物过程都需要它，在人体中酶催化剂几乎出现在了每一个生化反应过程中。

文章的通讯作者，美国南加州大学的化学教授Arieh Warshel表示，“酶催化作用‘圣杯’（Holy Grail ）及对这一过程的最终解读对于酶设计而言的必需的”。许多领域，像是药物生产，环境化学和生物修复（bioremediatio）都由于传统设计酶得到了革新。

在这篇PNAS文章文章中，Warshel描述了一个计算机模型，不仅解释了酶作用的关键方面，也提出了一个设计策略。

在之前的酶化学研究中，科学家们都应用“锁-钥匙”模式，即一个催化剂需要与反应系统（底物）精密配合，而Warshel研究小组在其发表的几篇论文中提到了一个基于电吸引的可变理论——催化剂和底物之间的那种天然的紧密配合是不必要的。

“实际上需要配合的是酶活性位点和底物在一个所谓的转变状态下的静电作用，这个转变状态即作用力即将中断的时候。”

如果Warshel是对的话，那么酶和底物的关系就不再像是钥匙和锁之间的关系了，而是像两块磁铁之间的关系：只要对应极与另一极接近，就会结合在一起。

Warshel利用这一理论获得的实验数据表明，一个天然的酶和一个经过生物工程改造，结构上不同的酶都具有催化作用，但两者差异很大。这个生物工程改造的酶由瑞士ETH的Donald Hilvert完成，比天然的酶少了一些直接折叠，也能快速改变形状。

这个新改造的酶能变换成许多“钥匙”形状，能静电匹配同一个“锁”，这为酶设计提出了一个新的思路。

（生物通：张迪）

注：

1.酶（enzyme）

.酶是由生物体内细胞产生的一种生物催化剂。由蛋白质组成（少数为RNA）。能在机体中十分温和的条件下，高效率地催化各种生物化学反应，促进生物体的新陈代谢。生命活动中的消化、吸收、呼吸、运动和生殖都是酶促反应过程。酶是细胞赖以生存的基础。细胞新陈代谢包括的所有化学反应几乎都是在酶的催化下进行的。如哺乳动物的细胞就含有几千种酶。它们或是溶解于细胞液中，或是与各种膜结构结合在一起，或是位于细胞内其他结构的特定位置上。这些酶统称胞内酶；另外，还有一些在细胞内合成后再分泌至细胞外的酶──胞外酶。酶催化化学反应的能力叫酶活力（或称酶活性）。酶活力可受多种因素的调节控制，从而使生物体能适应外界条件的变化，维持生命活动。没有酶的参与，新陈代谢只能以极其缓慢的速度进行，生命活动就根本无法维持。例如食物必须在酶的作用下降解成小分子，才能透过肠壁，被组织吸收和利用。在胃里有胃蛋白酶，在肠里有胰脏分泌的胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶等。又如食物的氧化是动物能量的来源，其氧化过程也是在一系列酶的催化下完成的。