新的研究表明，铜与溶菌酶偶联具有较好的活性氧去除能力

低分子量Cu(II)配合物是具有较强活性氧(ROS)去除能力的功能性超氧化物歧化酶(SOD)模型。然而，对Cu(II)释放后的毒性的担忧限制了它们用于去除ROS的使用。现在，来自日本的研究人员设计了一种新的溶菌酶偶联Cu(II)杂交蛋白复合物，该复合物具有增强的SOD活性和优异的稳定性。这种独特的杂交生物相容性金属蛋白SOD复合物可能是治疗药物应用中可行的低毒性替代品。

　　

   

   

图片:在一项新的研究中，来自日本的研究人员通过将溶菌酶与铜结合，开发出一种新的杂交蛋白复合物，这种复合物增强了超氧化物歧化酶的活性，可以更有效地去除ROS。这些复合物可用于治疗药物应用。

图片来源:东京科学大学的中根大辅和秋津隆

在好氧生物中，活性氧(ROS)，如氢氧化物(OH)、单线态氧(¹O₂)、过氧化氢(H₂O₂)和超氧化物(O₂^{- - - - - -})离子在有氧呼吸过程中产生，对体内生物分子造成严重的氧化损伤。因此，去除活性氧，特别是O₂^{- - - - - -}当它与氢反应时，它是最重要的⁺产生其他有毒的ROS，如H₂O₂和哦。

这是由被称为超氧化物歧化酶(sod)的金属酶实现的。这些酶的活性中心含有金属离子(如Ni、Fe、Mn、Cu和Zn)，可以催化O的分解₂^{- - - - - -}到H₂O₂和O₂。在这方面，低分子量Cu(II)配合物作为具有高SOD活性的功能性SOD模型变得越来越重要。然而，由于它们在Cu(II)释放后对生物分子具有毒性的倾向，它们受到限制。

在最近的一项研究中，由东京理科大学化学系Daisuke Nakane助理教授和Takashiro Akitsu教授领导的一组研究人员开发了一种具有增强ROS活性的新型金属-蛋白质杂交复合物。他们将水解酶溶菌酶与具有SOD活性的Cu(II)络合物偶联形成杂交溶菌酶CuST@lysozyme，该酶具有良好的SOD活性，但生物毒性低。

“我们研究了由溶菌酶和功能模拟sod的Cu(II)复合物组成的杂交蛋白的形成。我们选择溶菌酶是因为它的稳定性和结晶性。我们推测，由此产生的SOD模拟杂交蛋白将改善功能性SOD模型Cu(II)复合物的生物相容性和稳定性，”Nakane博士解释说，这是他们研究背后的基本原理。这项研究发表在2023年4月27日的《科学报告》上。

通过详细的晶体学和光谱分析，研究小组还包括来自美国的Kenichi Kitanishi助理教授，来自南方联邦大学的Arshak Tsaturyan博士和来自茨城市大学的Masaki Unno教授等人，证实了杂交蛋白CuST@lysozyme的形成，并阐明了其结构。他们报道溶菌酶的His15咪唑基团在赤道位置与CuST的Cu(II)中心结合，而CuST单元通过几个弱配位和氢键在轴向固定。此外，他们还认为O₂^{- - - - - -} 可以协调到Cu(II)中心。通过实验，研究人员建立了具有高SOD活性和稳定性的生物相容性CuST@lysozyme杂交蛋白复合物。

基于他们的光谱和量子计算，该团队提出了O的五步机制₂^{- - - - - -}络合物的歧化。这些步骤是(1)Cu(II)静息态，(2)O₂^{- - - - - -}-结合Cu(II)态，(3)羧酸配体质子化后Cu(I)的静息态，(4)O₂^{- - - - - -}-相互作用的Cu(I)态和(5)H₂O₂-相互作用Cu(II)态。他们进一步提出，通过使用后过渡金属配合物结合溶菌酶来抑制配体解离，通过使用带有氢键基团的配体来增加配合物与溶菌酶之间的相互作用，以及引入酸性官能团来对抗溶菌酶的碱性侧链，可以提高配合物的稳定性。

该研究引入了一类新的SOD活性杂交蛋白复合物，它们具有生物相容性，并且在模拟复合物分解后与体液没有副反应。“我们战略性地提高了金属溶菌酶复合材料的稳定性，特别是在血浆和细胞质溶胶等生物流体中。这将为深入讨论其治疗应用铺平道路，”Akitsu教授总结道。

文章标题

A novel hybrid protein composed of superoxide-dismutase-active Cu(II) complex and lysozyme