格罗宁根大学的科学家已经观察到纳米孔内单一酶的特征。他们了解到，该酶可以四种不同的折叠状态或构象形式存在，它们在反应机理中起积极作用。这些结果将对酶工程和抑制剂的开发产生影响。该研究于4月6日发表在《自然化学》上。
四个构象异构体的能量图（左）和实验设置显示了横截面中截留有酶的纳米孔（右）。在下面，有一条典型的迹线，显示了旋转器内交换期间的测量值。图片提供：格罗宁根大学的乔凡尼·麦格利亚
酶是折叠的蛋白质，具有特定的三维结构，可形成可结合底物并催化特定反应的活性位点。近年来，已经清楚的是酶不是刚性结构，但是折叠的蛋白质以构象的整体形式存在，在能量稳定的基态周围处于平衡状态。
风洞
研究状态之间的转换需要长时间观察单个酶，这具有挑战性。格罗宁根大学化学生物学副教授Giovanni Maglia开发了可以捕获蛋白质的漏斗状纳米孔。
通过测量跨过人工脂质膜的纳米孔的离子电流，Maglia能够观察到酶的构象变化。他解释说：“您可以将它与在风洞中研究汽车进行比较。”
“打开窗户或门会改变气流。以类似的方式，酶折叠结构的改变也会改变通过孔的离子电流。”Maglia使用他的纳米孔系统研究了二氢叶酸还原酶（DHFR），该酶将二氢叶酸转化为四氢叶酸。
“我们之所以选择这种酶，是因为已使用所有可用技术将其作为酶动力学的模型系统进行了30多年的研究。此外，该酶的抑制剂（例如甲氨蝶呤）被用作抗癌药物。
人造膜（黄色）包围的漏斗状纳米孔（蓝色）的插图，其中一种酶（红色/白色/蓝色）被困在孔内。图片提供：格罗宁根大学（University of Groningen）Giovanni Maglia
高效释放
DHFR的测量揭示了对于底物存在四个具有不同亲和力的构象异构体。Maglia说：“在这四个状态之间切换非常缓慢。这意味着您只能在这些长期的单一酶研究中看到它们。”
加入与酶结合的反应抑制剂甲氨蝶呤，引起状态之间非常快速的转变，并改变了酶的亲和力。Maglia说：“我们的结论是酶与不同化合物的反应为构象变化提供了自由能。”