中國科學(xué)院微生物研究所陳義華團隊、李德峰團隊與廈門大學(xué)王斌舉團隊開展聯(lián)合研究，發(fā)現(xiàn)一種金屬異構(gòu)酶具備催化己糖氧化裂解的新功能，相關(guān)成果近日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然-催化》。該發(fā)現(xiàn)為理解微生物代謝平衡策略提供了全新視角，展現(xiàn)了自然界中酶功能的精妙設(shè)計。

糖類作為生命活動的核心物質(zhì)，其代謝過程涉及復(fù)雜的酶催化反應(yīng)。其中，己糖的碳-碳鍵斷裂是進入代謝途徑的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。此前，科研界對次級代謝過程中己糖裂解的具體機制了解有限，尤其是金屬酶在其中的作用尚未被充分闡釋。

研究團隊以具有抗菌活性的天然產(chǎn)物“環(huán)烯酸菌素”為研究對象，聚焦其合成途徑中的關(guān)鍵酶Art22。通過結(jié)構(gòu)生物學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)該酶呈現(xiàn)典型的TIM桶狀構(gòu)象，這種結(jié)構(gòu)賦予其雙重催化能力：一方面能催化己酮糖發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)，另一方面可通過金屬離子激活氧氣，將己糖氧化裂解為短鏈化合物并釋放二氧化碳。

實驗表明，Art22的獨特之處在于其活性中心能連續(xù)完成兩步反應(yīng)。在微生物體內(nèi)，該酶既參與抗菌分子的合成以抑制競爭菌種，又能及時降解胞內(nèi)微量毒性產(chǎn)物，避免自身損傷。這種“合成-降解”雙重功能使微生物在代謝過程中實現(xiàn)動態(tài)平衡，展現(xiàn)了自然選擇對酶功能的優(yōu)化設(shè)計。

據(jù)科研人員介紹，該研究首次明確了全新的糖類氧化裂解路徑，突破了傳統(tǒng)對金屬酶催化類型的認知邊界。這一發(fā)現(xiàn)不僅深化了對微生物代謝調(diào)控機制的理解，更為天然產(chǎn)物藥物開發(fā)及酶工程改造提供了重要的理論基礎(chǔ)，有望推動相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。