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發(fā)現(xiàn)有機(jī)汞化物裂解酶降解汞污染新的作用機(jī)制
閱讀：1326 發(fā)布時間：2011-4-28有機(jī)汞化物（Organomercury compound）是具有高度毒性的有機(jī)金屬化合物（Organometallic compound），由于其具有水溶性的特性，使得容易進(jìn)入生物體內(nèi)，進(jìn)入食物鏈中，造成生物堆積（Bioaccummulation），進(jìn)而對生物造成中毒的現(xiàn)象。然而，在自然界汞的生物循環(huán)中具有一些酵素（enzyme）可將有機(jī)汞化物降解成汞離子（mercury ion），zui后再還原成汞原子（mercury element），使其毒性降低，進(jìn)而減少在食物鏈中的堆積。
1950年代，日本熊本縣水俁市（Minamata）爆發(fā)了相當(dāng)嚴(yán)重的汞金屬環(huán)境污染案件，當(dāng)?shù)鼐用裼捎谑秤煤杏袡C(jī)汞化物的海鮮，而出現(xiàn)了大規(guī)模集體中毒的癥狀，日后關(guān)于有機(jī)汞中毒的病癥，皆以水俁市名命名為水俁病（Minamata disease）。汞離子（mercury ions）與硫（sulfur）具有相當(dāng)好的配位能力（Binding ability），由于生物體中含有半胱氨酸（Cysteine）等具有硫原子組成的生物分子，因此汞離子會與這些生物分子形成很強(qiáng)的鍵結(jié)能力，進(jìn)而影響生物分子的活性。然而，自然界也利用此一特性，發(fā)展出一系列的有機(jī)汞化物裂解酶（Organomercurial Lyase），將汞離子捕捉住，進(jìn)而降解成相對低毒性的元素汞。
有機(jī)汞化物裂解酶具有很多類型（MerA,MerB,MerP,MerT），過往的研究多集中在MerA酵素的研究，MerA是將汞離子還原降解成元素汞的酵素。然而近期的研究發(fā)現(xiàn)，MerB則是將有機(jī)汞化物轉(zhuǎn)變成汞離子的酵素，經(jīng)由此一酵素可將毒性zui強(qiáng)的有機(jī)汞化物，轉(zhuǎn)變?yōu)槎拘韵鄬^低的二價汞離子。MerB的作用機(jī)制大致利用三個半胱氨酸形成一個活災(zāi)行?active site），與有機(jī)汞化物配位進(jìn)而將汞與碳的鍵結(jié)切斷（mercury-carbon bond cleavage），釋放有機(jī)分子及汞離子。其中汞離子再經(jīng)運(yùn)送交給MerA進(jìn)行還原反應(yīng)（reduction reaction）生成元素汞。
由于MerB的活性中心具有三個半胱氨酸，因此來自德國霍恩海姆大學(xué)（University of Hohenheim）的Gerard Parkin等人利用一個三牙基有機(jī)配子（ligand）嘗試模擬MerB活性中心上的三個半胱氨酸，并且與甲基汞化物（Methylmercury compound）反應(yīng)。在過往的研究中，相類似的配位子與汞配位多得到四配位四面體（tetrahedron）的構(gòu)形，然而Gerard Parkin等人成功得到一個二配位的有機(jī)金屬汞化合物的晶體結(jié)構(gòu)（crystal structure），并且發(fā)現(xiàn)在溶液中與四配位的構(gòu)形具有快速交換的特性。另外他們也使用單一配位的有機(jī)配子類似物與甲基汞化物配位發(fā)現(xiàn)在一比一當(dāng)量下形成的有機(jī)金屬化合物需要較高的溫度才可將汞碳間鍵結(jié)打斷，然而再提高有機(jī)配子的當(dāng)量數(shù)發(fā)現(xiàn)可以較低的溫度就可做汞碳間鍵結(jié)斷裂的反應(yīng)。
因此，Gerard Parkin等人認(rèn)為MerB需要三個半胱氨酸的原因在于，*個半胱氨酸提供鍵結(jié)能力將甲基汞化物捕捉，再利用第二個半胱氨酸的配位活化汞碳間的鍵結(jié)，zui后第三個半胱氨酸的配位則將活化的汞碳間鍵結(jié)切斷，形成汞離子與甲烷分子。自然界的代謝反應(yīng)其實是由許多化學(xué)反應(yīng)所構(gòu)成，藉由了解分子層次的作用機(jī)制，可以對此代謝反應(yīng)做更深入的了解，進(jìn)而設(shè)計出更好的系統(tǒng)應(yīng)用在工業(yè)上，例如經(jīng)由基因轉(zhuǎn)殖技術(shù)將表達(dá)MerB的基因植入特定的生物中，利用牠們吸收環(huán)境中的汞，進(jìn)而減低環(huán)境的毒性。