海洋細菌揭示有毒金屬的控制

在東安格利亞大學(xué)(UEA)的研究中，海洋細菌為細胞如何保護自己免受鐵和銅等金屬離子的毒性影響提供了新的見解。

雖然金屬離子對生命至關(guān)重要，但它們也能產(chǎn)生活性氧(ROS)——高活性分子，當(dāng)它們試圖與其他分子形成鍵時，會破壞細胞。

在人類中，活性氧與衰老和癌癥等疾病有關(guān)。

為了減少鐵的毒性作用，一個名為鐵蛋白的蛋白質(zhì)家族將金屬離子解毒并儲存在其足球形狀的蛋白質(zhì)外殼中，產(chǎn)生安全但易獲取的沉積物，當(dāng)環(huán)境中的鐵變得稀缺時，這些沉積物可以被細胞吸收。

UEA團隊與來自埃塞克斯大學(xué)和加州斯克里普斯研究所的研究人員合作，以發(fā)現(xiàn)一種特定海洋細菌中的鐵蛋白是如何成功完成這一解毒過程的。

不同尋常的是，細菌產(chǎn)生鐵蛋白是對高水平銅的反應(yīng)，而不是鐵。

研究小組發(fā)現(xiàn)，鐵蛋白和銅之間沒有直接的相互作用，但鐵蛋白催化了氧和鐵之間的新反應(yīng)。這產(chǎn)生了一種形式的鐵蛋白，它具有增強的直接解毒活性氧的能力，同時實現(xiàn)了其鐵的儲存和解毒。

東安格利亞大學(xué)化學(xué)學(xué)院的尼克夏爾勒布朗教授說：“我們認為，這種新方式中的鐵已經(jīng)被銅轉(zhuǎn)化為其他鐵蛋白，細菌通過產(chǎn)生鐵蛋白來控制被置換鐵的毒性。這一點特別有趣，因為鐵蛋白比其他細菌更像動物體內(nèi)的鐵蛋白。

這種類型的過程以前沒有被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，并且已經(jīng)證實在不同的生物體中有許多不同的鐵蛋白機制。

埃塞克斯大學(xué)的馬頔斯維斯頓科博士說：“鐵和氧之間產(chǎn)生有害活性氧的化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)在許多系統(tǒng)中進行了研究，包括來自一系列生物體的許多鐵蛋白。然而，在這里，我們看到反應(yīng)性是全新的，指向一個前所未有的解毒過程，涉及跨越蛋白質(zhì)分子的遠程電子轉(zhuǎn)移。”

該團隊對基因組數(shù)據(jù)庫的搜索還發(fā)現(xiàn)，許多其他類似的海洋細菌可能在壓力下產(chǎn)生類似的鐵蛋白。

該團隊現(xiàn)在計劃擴大他們的研究，以調(diào)查新機制的受歡迎程度。

夏爾勒布朗教授說：“以前研究的鐵蛋白，或者一般來說，鐵酶不會像新發(fā)現(xiàn)的鐵蛋白那樣發(fā)生反應(yīng)。

“這種新型化學(xué)不僅代表了我們對天然抗氧化過程認識的突破，也揭示了未來工程生物催化劑的新可能性，例如，它可以用于藥物開發(fā)。”

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