NADH介导多聚精氨酸相变调控的原代谢-区室化耦合机制研究

研究人员针对代谢调控与生物分子相分离耦合机制这一前沿问题，通过构建NAD+/NADH-多聚精氨酸模型系统，首次揭示了原代谢反应产物NADH可动态调控多聚电解质从沉淀相向液滴相的转变，并证明液滴微环境使NADH产率提升2-3倍。该研究为理解无酶条件下原始代谢与区室化的协同进化提供了实验范式。

　　

生命体维持非平衡态的核心在于代谢与区室化的协同作用，然而代谢通量如何动态调控生物分子相分离仍属未解之谜。现有研究多聚焦酶促反应体系，对原始地球环境下非酶驱动的代谢-区室化耦合机制知之甚少。德国马普分子细胞生物学与遗传学研究所（Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics）的Rudrarup Bose团队创新性地构建了由α-酮酸丙酮酸还原NAD⁺生成NADH的原代谢反应体系，结合多聚精氨酸的相变特性，揭示了代谢产物调控生物材料状态的分子机制。相关成果发表于《Biologicals》。

研究采用核磁共振（¹H NMR）追踪反应进程，通过荧光显微成像动态捕捉相变过程，结合双酶法定量NADH产率，系统分析了75 mM与200 mM碳酸氢钠缓冲条件下多聚精氨酸-NADH体系的相行为。

【结果与发现】

1. 相变调控机制：在200 mM高盐缓冲液中，多聚精氨酸初始形成沉淀相，随着NADH的原位生成，6小时内转变为液滴相；而75 mM低盐条件则直接从均相溶液形成液滴。相图分析表明NADH通过增强静电相互作用扩大液滴相区，而高盐浓度通过疏水作用促进沉淀形成。

2. 代谢-区室化协同效应：液滴微环境使NADH相对产率提升至0.34±0.04，较均相体系（0.1）提高2-3倍。15 mM多聚精氨酸液滴的反应初速率达0.0160±0.002 h^-1，显著高于单体精氨酸对照组，证实物理微环境而非单纯电荷效应起关键作用。

3. 普适性验证：该现象延伸至壳聚糖等两性聚电解质体系，且ATP、CoA、FAD等代谢分子均展现类似相变调控能力，提示此为生物分子相分离的共性调控机制。

这项研究首次建立了非酶促原代谢反应与生物分子相变的直接关联，为理解原始生命系统中代谢活动如何驱动区室化进化提供了实验基础。更深远的意义在于，该发现为现代细胞中代谢通量调控相分离（如应激诱导的糖酵解酶液-液相分离）的进化起源提供了分子层面的解释，同时为设计代谢响应性生物材料开辟了新思路。