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细胞内酶的区室化对细胞代谢至关重要，但酶凝聚物在细胞中的综合调控机制及细胞系统的理想组织仍未知。研究人员聚焦多酶区室化，综述细胞内多酶区室化进展及体外和体内重建策略，为生物生产等提供新思路。
在生命的微观世界里，细胞就像一座精密运转的工厂，各种化学反应有条不紊地进行着。其中，酶作为生物催化剂，在细胞代谢过程中发挥着关键作用。长久以来，科学家们都对细胞内酶的 “工作模式” 充满好奇。细胞内的酶并非是杂乱无章地分布着，而是会形成特定的区室，就如同工厂里不同功能的车间。这种酶的区室化能够增强酶在体外（in vitro）和细胞内（in cellulo）的催化活性与特异性，从而影响细胞的生长、增殖和生物生产。
然而，尽管自 20 世纪 70 年代起，酶区室化的重要性就已被认知，但许多问题依旧困扰着科研人员。比如，体外检测到的酶结合强度与体内（in vivo）是否一致？在体内控制分子扩散又会产生哪些影响？此外，酶凝聚物在细胞中的综合调控机制以及细胞系统的理想组织形式仍是未解之谜。为了深入探索这些奥秘，来自国外（文中提及作者受日本相关机构资助，推测单位为国外）的研究人员开展了关于多代谢酶区室化及其体外和体内制备的研究。该研究成果发表在《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects》上，为理解细胞代谢调控打开了新的窗口，对生物生产等领域有着重要意义 。
在这项研究中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：通过薄切片透射电子显微镜和荧光蛋白技术对细胞内蛋白质进行可视化观察，以此来研究酶在细胞内的定位和区室化现象；利用液 - 液相分离（Liquid - Liquid Phase Separation，LLPS）原理，在体外模拟酶形成液滴的过程，探索酶的组装机制。
下面来看具体的研究结果：
- 酶在细胞内形成的组装体：细胞内由代谢酶形成的两种主要凝聚物是嘌呤小体（purinosomes）和糖酵解体（glycolytic (G) bodies）。嘌呤小体包含参与从头嘌呤合成（de novo purine synthesis）的酶，糖酵解体则包含参与糖酵解（glycolysis）的酶。它们形成的一个共同机制是缺氧反应（hypoxic response），嘌呤小体最初是在嘌呤缺乏的情况下被发现的。这表明细胞能够根据环境变化，通过形成这些凝聚物来动态调节代谢途径。
- 体外形成酶液滴的策略：代谢酶在体内通过自然发生的液 - 液相分离（LLPS）达到组装状态形成液滴。在这些液滴中，酶被浓缩，其活性可以在时空上进行调节。一些无结构的内在无序蛋白（intrinsically disordered proteins，IDPs）、含有内在无序区域（intrinsically disordered regions，IDRs）的蛋白质或核酸（RNA、DNA）在这个过程中发挥着重要作用。
研究结论和讨论部分指出，无论是自然的还是合成的酶区室化，在细胞代谢中都起着至关重要的作用。自然形成的如嘌呤小体和糖酵解体等结构，展示了细胞如何响应环境信号（如缺氧和营养可用性）动态调节代谢途径。这些结构通常由特定的氨基酸序列、IDRs 或 RNA 驱动的 LLPS 形成。此外，人工酶区室化相对容易操作，有助于研究区室化对酶活性的影响。该研究总结了自然和人工酶区室的最新发现，为识别控制细胞内酶凝聚和代谢调节的普遍原则提供了方向，也为生物技术创新带来了令人期待的机遇，比如在构建微生物细胞工厂以提高生产活性方面具有潜在的应用价值，有望推动生物生产领域的进一步发展。
