中科院上海应物所酶分子马达单分子研究获进展

(记者黄鑫)中科院上海应用物理研究所的研究人员实现了界面酶分子单分子的实时荧光成像，发现酶分子的趋势运动是平移和旋转竞争平衡的结果。相关结果最近发表在《美国化学学会杂志》上。

液体中的分子通常以布朗运动不规则地运动。对于具有催化活性的酶分子，它们可以利用酶反应过程中释放的能量来驱动自己的运动。然而，酶分子是否具有类似于细菌的趋势运动是一个长期的问题，即酶分子是否主动向底物浓度高的方向扩散。

研究人员通过DNA连接将酶分子固定在二维磷脂分子界面上。研究发现，不同的锚定方法可以控制酶分子在二维磷脂界面上的运动速度。研究人员在磷脂双层的二维界面上构建了一个酶级联反应:上游的葡萄糖氧化酶固定在界面上，而下游的过氧化氢酶可以在界面上*扩散。使用全内反射显微镜，研究人员实时观察单个酶分子的轨迹。研究发现，以葡萄糖氧化酶分子为坐标中心，下游过氧化氢酶分子的翻译速率确实随着上游底物葡萄糖的增加而增加，但上游和下游酶分子之间的相对空间距离并不随着酶反应而改变。同时，研究人员计算了过氧化氢酶分子在界面上的自旋弛豫时间，发现过氧化氢酶的旋转速度比其翻译速度快得多。过氧化氢酶分子在一周内的平移距离仅为其自身直径的1/6。因此，即使在酶促反应中，酶分子也没有运动的趋势。趋势运动是平移和旋转竞争平衡的结果。

相关专家说，这项工作解释了酶马达不是运动的原因。同时，所构建的控制界面上不同蛋白质分子运动速度的方法和蛋白质运动轨迹实时成像平台可用于研究信号通路中各种蛋白质的作用和筛选抑制剂，为研究蛋白质间的动态相互作用提供了新的工具。

中国科学新闻(2018-01-09第四版)