新研究表明铜与溶菌酶结合具有出色的活性氧去除能力
在好氧生物体中，有氧呼吸过程中会产生活性氧 (ROS)，例如氢氧根 (OH)、单线态氧 ( 1 O 2 )、过氧化氢 (H 2 O 2 ) 和超氧化物 (O 2 – ) 离子，这对体内的生物分子造成严重的氧化损伤。因此，去除 ROS，尤其是 O 2 –是最重要的，因为它会与 H +反应产生其他有毒 ROS 种类，如 H 2 O 2和 OH。
这是通过称为超氧化物歧化酶 (SOD) 的金属酶实现的。这些酶在其活性中心具有金属离子(如 Ni、Fe、Mn、Cu 和 Zn)，可催化 O 2分解为 H 2 O 2和 O 2。在这方面，低分子量的 Cu(II) 配合物作为具有高 SOD 活性的功能性 SOD 模型已经变得很重要。然而，它们受到释放 Cu(II) 后对生物分子产生毒性的倾向的限制。
在最近的一项研究中，由东京理科大学 (TUS) 化学系助理教授 Daisuke Nakane 和教授 Takashiro Akitsu 领导的一组研究人员开发了一种具有增强 ROS 活性的新型金属-蛋白质杂化复合物。他们将水解酶溶菌酶与 SOD 活性 Cu(II) 复合物偶联，形成杂化溶菌酶 CuST@lysozyme，显示出良好的 SOD 活性但生物毒性低。
“我们研究了由溶菌酶和功能性 SOD 模拟 Cu(II) 复合物组成的混合蛋白的形成。我们选择溶菌酶是因为它的稳定性和结晶度。我们推测，由此产生的 SOD 模拟杂化蛋白将提高功能性 SOD 模型 Cu(II) 复合物的生物相容性和稳定性，” Nakane 博士解释说，作为他们研究背后的基本原理。该研究于 2023 年 4 月 27 日发表在《科学报告》上。
由TUS助理教授Kenichi Kitanishi、南方联邦大学Arshak Tsaturyan博士和茨城大学Masaki Unno教授等组成的研究团队通过详细的晶体学和光谱分析，证实了杂化蛋白CuST@的形成。溶菌酶，并阐明其结构。他们报告说，溶菌酶的 His15 咪唑基团在赤道位置与 CuST 的 Cu(II) 中心结合，而 CuST 单元通过几个弱配位键和氢键轴向固定。此外，他们还表明 O 2 – 可以配位到 Cu(II) 中心。通过测定，研究人员确定了具有生物相容性的 CuST@lysozyme 杂化蛋白复合物具有高 SOD 活性和稳定性。
基于他们的光谱和量子计算，该团队提出了 O 2的五步机制——复合物的歧化。这些步骤是 (1) Cu(II) 静息态，(2) O 2 –结合 Cu(II) 态，(3) 羧酸配体质子化后的 Cu(I) 静息态，(4) O 2 – -相互作用的 Cu(I) 态，和 (5) H 2 O 2-相互作用的 Cu(II) 态。他们进一步表明，可以通过使用后过渡金属配合物结合溶菌酶来抑制配体解离，通过使用具有氢键部分的配体增加配合物与溶菌酶之间的相互作用，以及引入酸性官能团来提高复合物的稳定性。对抗溶菌酶的碱性侧链。
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