以維生素B12為代表的鈷胺素家族(Corrinoid)是自然界中產(chǎn)生的最為復(fù)雜的一類非聚合生物大分子。作為很多功能蛋白所必須的輔酶因子,鈷胺素對(duì)于維持細(xì)胞的基礎(chǔ)生理生化代謝活動(dòng)(例如,脫氧核糖核酸合成,甲硫氨酸合成)起著至關(guān)重要的作用。鈷胺素家族的化合物分子復(fù)雜,然而結(jié)構(gòu)域又相對(duì)保守,維生素B12以及其它的鈷胺素類似物在結(jié)構(gòu)上的差異主要取決于其低位配合物(Lower base)的結(jié)構(gòu)。已知的天然鈷胺素類似物有著多達(dá)16種不同的低位配合物結(jié)構(gòu),然而一直以來,對(duì)于鈷胺素類似物的這種結(jié)構(gòu)上的多樣性與其在生物學(xué)功能上的相關(guān)性關(guān)注甚少。
中國(guó)科學(xué)院污染生態(tài)與環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境有機(jī)污染與修復(fù)青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人、中國(guó)科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所污染環(huán)境微生物生態(tài)學(xué)科組嚴(yán)俊研究員近年來對(duì)于還原性脫氯細(xì)菌(脫氯菌)的研究發(fā)現(xiàn),不同的鈷胺素類似物嚴(yán)重影響了脫氯菌的生長(zhǎng)和代謝活性,為鈷胺素的結(jié)構(gòu)與其功能上的相關(guān)性提供了證據(jù),并且提出了鈷胺素的生物學(xué)功能上的差異主要取決于其低位配位物的結(jié)構(gòu)這個(gè)新的觀點(diǎn)。基于該理論,嚴(yán)俊研究員與美國(guó)田納西大學(xué)和橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Frank L?ffler教授以及加拿大多倫多大學(xué)的Elizabeth Edwards教授的團(tuán)隊(duì)開展了鈷胺素在脫氯菌細(xì)胞中的合成途徑、結(jié)構(gòu)以及生物學(xué)功能的研究。
此項(xiàng)國(guó)際合作研究通過對(duì)脫氯菌Desulfitobacterium的研究,結(jié)合質(zhì)譜、15N同位素標(biāo)記和核磁分析手段發(fā)現(xiàn)了一種全新的鈷胺素類似物,無取代嘌呤鈷胺素,首次報(bào)道了無取代嘌呤(unsubstituted purine)這種罕見的生物分子可以作為天然鈷胺素的低位配位物來支持脫氯菌Desulfitobacterium的生長(zhǎng)及其脫氯活性。此項(xiàng)研究開創(chuàng)性的應(yīng)用非變性藍(lán)膠電泳技術(shù)和蛋白質(zhì)組學(xué)分析從具有催化活性的四氯乙烯脫氯酶中分離出無取代嘌呤鈷胺素,從而完整證明了無取代嘌呤鈷胺素其主要功能是作為四氯乙烯脫氯酶的輔酶因子來催化還原性脫氯反應(yīng)。
此項(xiàng)研究成果填補(bǔ)了國(guó)際上鈷胺素生物合成領(lǐng)域的空白,賦予了無取代嘌呤新的生物學(xué)功能。鈷胺素低位配合物的多樣性,及其對(duì)于脫氯菌生長(zhǎng)和活性的調(diào)控機(jī)制,可為厭氧環(huán)境中(例如,地下水環(huán)境)的有機(jī)氯污染物的原位生物修復(fù)方案提供新的策略。相關(guān)研究?jī)?nèi)容以“Purinyl-cobamide is a native prosthetic groupof reductive dehalogenases”為標(biāo)題于2017年11月在線發(fā)表在Nature Chemical Biology上。我所嚴(yán)俊研究員為以上文章第一作者和共同通訊作者。

圖1. 天然鈷胺素及其低位配位物結(jié)構(gòu)

圖2.無取代嘌呤鈷胺素作為四氯乙烯脫氯酶的輔酶因子催化還原行脫氯反應(yīng)

圖3.應(yīng)用非變性藍(lán)膠電泳、質(zhì)譜技術(shù)和蛋白質(zhì)組學(xué)分析分離并鑒定Desulfitobacterium的四氯乙烯脫氯酶的輔酶因子
(文/圖污染生態(tài)與環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)




