Nature：严重突破!发现一种曩昔未知的卵白交联类型

2021年5月10日讯/BIOON/---卵白的特征性形态和功效取决于它的氨基酸组分连贯成链的次序。然而，在氨基酸连贯在一路之后，往往会产生进一步的化学修饰。这些修饰包含某些氨基酸残基之间的交联。最罕见的交联类型是二硫化物：两个硫原子通过共价键连贯。在一项新的研讨中，德国研讨职员申报了一种完整分歧类型的卵白交联：一个氧原子将一个氮原子连贯到一个硫原子（N-O-S）。此外，这些作者提出了证据，标明这种N-O-S桥在曩昔报道的其他卵白的构造阐发中没有被注意到。相关研讨成果于2021年5月5日在线颁发在Nature期刊上，论文题目为“A lysine–cysteine redox switch with an NOS bridge regulates enzyme function”。

这些作者正在研讨来自淋病奈瑟菌的转醛醇酶（transaldolase），此中淋病奈瑟菌会招致称为淋病的性传达疾病。他们察看到，这种纯化的酶简直没有活性，然则使用通罕用于冲破二硫键的还原剂可以复原它的活性。

为了造成二硫化物，两个沿着卵白链相隔很远的半胱氨酸残基的侧链必需在空间上挨近。这些作者注意到转醛醇酶含有几个半胱氨酸残基，是以揣摸此中的两个半胱氨酸残基能够会造成二硫化物，从而使这种酶失活。然而，当他们用另一个氨基酸独自替换此中的任一个半胱氨酸时，他们发现所发生的渐变体酶中只有一种能抵制失活。要是该酶确切包括一个让酶活性丢失的二硫化物，那么替换两个参加二硫化物造成的半胱氨酸中的任何一个都邑发生这种后果。那么，到底产生了什么？

这些作者通过使用X射线晶体学来确定转醛醇酶的原子分辩率构造，解决了这个难题。这一阐发提醒了一个半胱氨酸和一个赖氨酸残基之间的共价连贯--N-O-S桥，而不是半胱氨酸-半胱氨酸二硫交联（图1）。乏味的是，N-O-S桥中的氧原子并不是来自于这两个氨基酸残基的侧链中的基团（半胱氨酸侧链包括一个硫醇（SH）基团，而赖氨酸侧链包括一个胺基（NH2））。然而，他们在这种卵白的还本相式（缺乏交联）的晶体构造中看到一个凑近这些侧链的氧分子。这一察看支持了他们的合理推测，即一个氧分子为N-O-S桥奉献了一个氧原子。 卵白中N-O-S桥的发现是值得注意的，由于发生这种分子基序的非生物反馈并不为人所知，能够只有一种不寻常的分子（一种环状芬芳族化合物）破例。小分子化学反馈中N-O键的造成必要强氧化前提，但这种前提很能够也会使硫原子转化为比N-O-S桥中的硫更高的氧化态。此外，含有N-O-S基序的小分子能够会有产生歧化作用（disproportionation）的风险---在歧化作用中，两个雷同的分子互相反馈，发生两个分歧的产品。在卵白的配景下，半胱氨酸的硫醇、赖氨酸的胺基和一个氧分子的无利定位能够有助于产生N-O-S造成所需的氧化，而四周卵白构造施加的空间（平面）限定能够稳定化这种交联并阻止硫的进一步氧化。

图1.在赖氨酸和半胱氨酸残基之间造成N-O-S桥，图片来自Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03513-3。

这些作者推测了能够的N-O-S桥造成机制，无利于将羟基（OH）增加到半胱氨酸的硫原子和赖氨酸侧链的胺基上的反馈。鉴于N-O-S交联的新颖性和这项研讨的重点是构造生物学，这种化学机制的紧张细节还有待解决。详细来说，氧分子被激活参加这一反馈的方式没有被描写。许多与分子氧产生的化学反馈波及自在基，是以在发生N-O-S桥的机制中应明白思索自在基路径。

另一个机制上的成绩是这种交联若何影响酶的活性。产生交联的转醛醇酶的催化部位的构造与非产生交联的转醛醇酶的催化部位只有巨大的差异。是以，N-O-S桥的造成若何克制催化作用并不显明。这些作者将注意力集中在这些巨大的构造差别上，但他们也察看到，产生交联的转醛醇酶比非产生交联的转醛醇酶更能抵制热诱导的解折叠。这一成果并不令人诧异，这提示着产生交联的转醛醇酶阅历了较少的能够招致解折叠的构象动摇。较小规模的动摇能够是催化活性所必须的，也能够被N-O-S交联的存在所克制。

使用二硫键来调理卵白功效与使用N-O-S桥之间存在着一个症结的观点差别。二硫键的造成在化学上是可逆的，这象征着在生物体系中，二硫化物常常在与其他含有二硫化物或硫醇的分子的“互换”反馈中发生和毁坏。相比之下，N-O-S连贯是通过分歧的化学反馈造成的，也便是说，分子氧被用来造成N-O-S桥，但在N-O-S桥被毁坏时候子氧不会开释。

此外，这些反馈的热力学标明，造成N-O-S桥是困难的，但冲破它是容易的。是以，N-O-S交联能够曾经退化到可能在二硫化物保管的前提下选择性激活酶。当初可以摸索N-O-S桥赋予的特别劣势，以及它比二硫化物更有用的生物情形。

一种新的卵白连贯的发现的影响超越了所研讨的转醛醇酶和N-O-S交联自身的详细环境。兴许令人诧异的是，当有高分辩率的X射线数据时，天生卵白构造模子的工作有时更困难。在低分辩率下，卵白构象或化学身分的变动能够被湮没在数据的噪声中，但这种异质性在高分辩率下是可见的，是以必需加以解释。这些数据中也能够暗藏着意想不到的化学基团。这项新的研讨将激励构造生物学家研讨生物分子电子密度图中与预期的偏差。