Nature偶然发现：这种蛋白的作用比以前认为的要复杂得多

史蒂文斯理工学院(Stevens Institute of Technology)的一个研究小组在《自然》(Nature)杂志上发表的一篇文章发现，血红蛋白的催化作用比以前认为的要复杂得多。

　　

有时候，偶然性，或者说是纯粹的运气，在科学发现中仍然起着关键作用。最近，一组化学家正在试验使用生物催化过程来触发环丙化反应，这种反应产生了用于各种药物和其他自然过程的复杂分子结构，这时发生了一件不寻常的事情：一烧杯的液体本应显示为浑浊的红色，却变成了明亮的绿色。

该研究小组的成员包括史蒂文斯理工学院的研究人员以及来自牛津大学、康奈尔大学、罗切斯特大学和德克萨斯大学的同事，他们发表了对这一奇怪结果的解释。他们表示即使化学反应表面上很好理解，有时大自然也会选择风景优美的路线。

史蒂文斯大学化学与化学生物学系教授Yong Zhang解释说:“事实证明，你不能假设只有一种化学途径在起作用。我们更仔细观察时，我们发现一些意想不到的、全新的化学反应正在发生。”

这个反应使用了工程血红蛋白——像血红蛋白和肌红蛋白一样，在我们的血液和肌肉中储存和运输氧气，作为二氧化碳转移反应的催化剂。其目标是：利用碳烯(一种极具活性的碳基分子)生成环丙烷环，然后用环丙烷环生成一系列有用的化合物，包括许多重要的抗生素。

使用血红蛋白来触发该反应是有吸引力的，因为它们含有丰富的铁作为金属中心，无毒，易于微调，并且在室温下存活。Zhang博士解释说:“这正是为了安全廉价地生产药物所需要的。但如果结果是你还产生了意想不到的其他类型的分子，它可能会产生安全问题或影响反应的效率。”

为了理解意想不到的化学反应，研究人员使用了一系列尖端技术来探索起作用的化学，包括由Zhang博士领导的先进计算方法。其他研究单位使用Mössbauer光谱学和x射线晶体学等技术在原子尺度上表征分子，并结合计算准确地绘制出精确的结构。

总的来说，研究小组的工作表明，虽然在许多情况下，环丙烷环是通过预定的血红蛋白介导的二氧化碳反应形成的，但也发生了许多其他复杂和意想不到的反应。在某些情况下，计算方法揭示了罕见副反应的可能性，这些副反应需要比室温反应中通常可用的更多能量。在其他情况下，计算和观察方法确定了可能发生环丙烷化的多种竞争途径。

值得注意的是，另一种途径导致了一种名为Mb-cIII的肌红蛋白变体复合物的形成，这是研究小组最初在烧杯中发现的一种奇怪的绿色化合物。进一步的研究表明，Mb-cIII配合物自然地再生了原始反应中使用的血红蛋白催化剂，使预期的环丙烷化反应继续进行。

“我们发现的不是死胡同，而是一条弯路，这是一个迹象，表明这些重要的反应不是简单和线性的，而是一个复杂的化学途径网络。”

Zhang博士说，该团队能够理清这些途径并描述环丙烷化反应的全部复杂性，这将简化未来对基于碳的反应和生物催化剂的重要研究。至关重要的是，它还显示了使用计算和实验方法来探索化学反应的价值，并确保在探索新化学时考虑到所有可能的副反应。

“作为科学家，我们需要保持开放的心态，如果你认为自己已经完全理解了这些过程是如何运作的，那么你就限制了发现新事物的机会。”