综述：Sumner的遗产：脲酶结晶百年及最新结构研究进展

这篇综述系统回顾了脲酶（urease）研究的百年历程，从1926年James B. Sumner首次获得脲酶晶体（首个结晶酶）的里程碑事件，到发现其作为首个镍（Ni）依赖酶（Zerner团队）的突破性进展。文章深入探讨了脲酶活性中心结构、催化机制（enzyme mechanism）及生物合成途径（biosynthetic pathway）的研究进展，并对该领域未解问题提出前瞻性思考。

　　

Abstract
1926年，James B. Sumner成功结晶了刀豆脲酶（jack bean urease），这是人类历史上首个获得晶体结构的酶，由此证实了酶的蛋白质本质。在纪念这一重大事件100周年之际，本文梳理了Sumner研究的关键背景，阐释了其发现的科学意义，并系统总结了后续关于脲酶的重要研究成果。

百年探索：从酶本质到金属活性中心
Sumner的突破性工作不仅证明了酶的蛋白质属性，更为结构生物学研究奠定了基础。约50年后，Burt Zerner团队意外发现脲酶是首个含镍（Ni）的金属酶（metalloenzyme），这一发现彻底改变了人们对酶催化中心的认识。镍离子的存在引发了三个核心科学问题：含金属活性位点（metal-containing active site）的精确结构、酶催化反应的分子机制，以及镍中心如何被组装到蛋白质中。

结构生物学解密：镍中心的奥秘
通过X射线晶体学（X-ray crystallography）等技术，研究者揭示了脲酶活性中心的双核镍结构（binuclear Ni site），其中两个镍离子通过羧酸桥联（carboxylate bridge）协同作用。镍离子与组氨酸（His）残基的配位模式，以及脲素底物在活性中心的结合构象，为理解其水解机制提供了结构基础。

催化机制：从静态结构到动态过程
研究表明，脲酶通过镍离子激活水分子产生亲核氢氧根（OH^-），进而攻击脲素的羰基碳（carbonyl carbon）。关键中间态结构的捕获证实了硫醇盐（thiolate）辅助的质子转移过程，而同位素标记实验则揭示了反应过程中氧原子的去向。

生物合成：镍中心的组装之谜
脲酶成熟需要专门的辅助蛋白（accessory proteins）将镍离子递送至活性中心。研究发现UreD/UreF/UreG等分子伴侣（chaperones）形成多组分系统，通过ATP依赖（ATP-dependent）的过程完成镍离子的精准定位。这一过程还涉及独特的金属载体（metallochaperone）和GTP水解（GTP hydrolysis）机制。

未来展望：未解问题与技术前沿
尽管取得重大进展，脲酶研究仍存在诸多挑战：镍中心组装的时空调控机制、酶活性与金属稳态（metal homeostasis）的关联、以及脲酶在病原微生物（如幽门螺杆菌）中的致病机理等。新兴技术如冷冻电镜（cryo-EM）和时间分辨晶体学（time-resolved crystallography）可能为这些问题的解决提供新视角。