MIT的化學家們正在研究調整一種酶結構。它能夠催化可降解塑料的合成，對于推廣商業化，保護地球環境有著重要的意義。在酶的催化下，首先形成一條高分子長鏈，然后根據起始原料的不同形成硬性或者軟性塑料。了解酶的結構能夠進一步控制塑料成分和尺寸，這是將其商業化的必經之路。

    教授Catherine Drennan是MIT化學生物方向的專家，他說：“我希望我們能夠從大自然中獲得啟示，并以此來改善我們的生存家園。在設計和改造酶之前，我們一定要充分地了解它的結構。”

    此項成果發表在期刊Journal of Biological Chemistry上，資深學者Drennan和JoAnne Stubbe是其中的兩位作者，第一作者是名為Elizabeth Wittenborn的研究生。

    復雜的結構

    聚羥基烷酯（PHA）合成酶是一種非常普通的酶，它存在于大多數細菌的內部。這種酶能夠合成一種特殊的聚合物，用來在食物缺乏的狀態下存儲碳元素。比如鉤蟲貪銅菌能夠通過這種酶存儲相當于自身干重85%的“食物”。

    采用不同的起始原料，就會得到不同類型的塑料，而這些起始原料通常是烷烴基輔酶A的一種或幾種衍生物（烷烴是一種化學基團，它能夠決定聚合物的性質）。制得的塑料類型也多種多樣，有硬性塑料，軟性塑料，以及類似橡膠的彈性塑料。

    化學家和化學工程師們對PHA合成酶有著極大的興趣，因為它能可控地將3000個單體精確地連結起來。Stubbe說：“在這種情況下，自然界能夠合成出超大的聚合物，比人類合成的任何一種聚合物都要大，它們有著同樣的分子重量，如此獨特新奇。”

    由于這種蛋白質很難結晶，所以雖然Drennan, Stubbe以及眾多科學家已經研究這種酶結構很久了，但是其結構仍然復雜難懂。我們知道，若想通過XRD研究蛋白質的分子原子結構，結晶的步驟必不可少。

    Marco Jost and Yifeng Wei也是該成果的合作作者，他們是MIT的歷屆研究生。畢業之前他們研究了關于結晶的課題，并在畢業之前成功完成。

    一旦有了晶體結構數據，一切迎刃而解。Wittenborn分析了這些晶體學數據，想出了這種酶結構。分析顯示，PHA合成酶含有兩個完全一樣的單元結構，即形成一個二聚體。每一個單元都有一個縮聚反應的活性位點，因此推翻了之前的推測：活性位點處于二聚物的表面。

    分析還指出，這種酶有兩個端口，一個是起始原料的進入端，一個是聚合物長鏈的結束端。

    Stubbe說：“輔酶A作為底物，需及時退出以引入單體。這個反應包含了許多運動過程，十分有趣。”

    進入通道的位置十分明顯，此處有一個大的孔洞，周圍有保守氨基酸。退出通道的孔洞很小，因此難以發現。但它的周圍也環繞著保守氨基酸，因此最終也被找到。

    Wittenborn說：“退出通道處的保守氨基酸等形成了一個弧形的網狀結構，它們幾乎將狹窄的通道包圍起來。我們推測它在聚合物通過管道時，起到了保護蛋白質的作用。”

    新框架

    酶的結構對于基底和產物至關重要，因此Drennan的實驗室計劃研究PHA酶結構，獲得更多更重要的信息，從而研究它的工作機理。Drennan說：“這是學習這些酶系統的開端，我們做的每一個實驗都會加深我們對它的理解。”

    一些生物科技公司開始使用PHA合成酶等其它酶類制備塑料制品，有一家公司正在用其生產醫療用品。盡管在很大程度上與傳統的塑料制品相比，這樣做是不合算的，但是用這種酶合成的聚合物可以用于特殊的領域，如專用聚合物添加劑，乳膠以及一些醫學應用。

    雖然了解酶的結構信息對于降低成本作用不大，但它能夠為開發新材料和新用途提供可能。Kristi Snell是一家有名的生物科技公司的副理事長，他說：“酶的結構和催化機理能為研究人員開發新材料提供新的方向。”