阿拉巴马大学研究人员基于仅由七个氨基酸组成的肽形成的人工分子结构，开发出了最小纳米酶，能够捕获工业过程中排放的二氧化碳(CO2)，并适用于其他环境修复过程。这些新分子还可以充当金属酶，这为生物技术研究开辟了新的可能性。该研究还为生命初期催化活性的起源提供了新的贡献。
该研究由萨尔瓦多·文图拉(Salvador Ventura)担任协调员，苏珊娜·纳瓦罗(Susanna Navarro)为第一作者，最近发表在 ACS Nano上。两人都是生物技术和生物医学研究所以及阿拉巴马大学生物化学和分子生物学系的研究人员，并与阿拉巴马大学化学系和bioGUNE研究中心的研究人员一起进行了这项研究。
2018 年，受 淀粉样原纤维自组装能力的启发，UAB 研究人员基于朊病毒蛋白的特定测序，成功地创造出了能够自组装的非常短的分子。这些人工淀粉样蛋白具有催化活性，与天然酶相比具有模块化、灵活性、稳定性和可重复利用等优点。现在，研究人员发现它们能够有效地与金属离子结合并充当金属和金属酶存储元件。
“这些肽很特别，因为它们不含有典型的氨基酸，例如组氨酸，组氨酸通常被认为对于酶中金属离子的协调至关重要，并且被认为对于催化活性至关重要。相比之下，它们富含酪氨酸残基，虽然这种元素在这方面鲜为人知，但如果它发现自己处于正确的结构环境中，也可以具有与金属离子结合的独特能力。酪氨酸的这种能力正是我们用来制造纳米酶的原因”，Salvador Ventura 指出。
结果可以应用于多个领域。首先，纳米酶是稳定的，并且由于其具有显着的螯合金属离子的能力，可用于废水处理过程或污染土壤的环境修复。其次，它们可以充当金属酶，能够在现有酶不稳定且无法发挥作用的条件下催化反应。这为生物技术研究开辟了新的可能性，例如极端温度和 pH 值下的催化反应。
基于他们设计的纳米酶，研究人员确信他们已经成功开发了一种碳酸酐酶的简约变体，能够有效地储存温室气体排放的二氧化碳，并且生产成本比天然酶低得多。
祖先酶的新视角
为了获得这些新的纳米酶，研究人员提出了这样的假设：生命起源时的催化活性可能是短的、低复杂性肽自组装成类似于淀粉样蛋白的结构的结果，淀粉样蛋白是原始祖先酶。
“表明这些分子具有催化作用，而不需要传统的基于组氨酸的配位，这代表着我们理解生命之初催化活性起源的重大变化。我们现在知道，如果祖先肽含有酪氨酸，则可以实现这种活性。因此，我们认为基于淀粉样蛋白的祖先酶很可能也在其化学反应中使用了第二种氨基酸。”萨尔瓦多·文图拉总结道。
在这项研究中，研究人员利用分光光度法、荧光法、电子显微镜、电子衍射和先进的计算模型等多种技术将实验和模拟结合起来。
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