Science：重構30億年前古酶，解釋最佳工作溫度進化

習慣了溫暖的酶並不能在寒冷的氣候里很好地工作，但是科學家們在12月22日的Science上報道說：古老的喜熱酶為了適應逐漸變冷的地球環境不得不更換部件，來保持化學反應的進行。

通過重建類似數百億年前的酶，該研究將有助於揭示這個星球上生命的自然進化史。研究結果質疑酶必須犧牲其穩定性來變得更活躍的觀點。

酶的最佳工作溫度由熱到冷地進化

酶是天然的催化劑，能在生物體內啟動基本的化學反應。它們大多數僅工作在特定的溫度範圍內：太冷了，無法起作用；太熱，則會失去它們的形狀及其功能。

研究的通訊作者Dorothee Kern解釋在地球上的生命被認為在熱泉或熱液噴口這樣的溫暖環境開始，所以第一個酶可能在那些溫暖的溫度工作地最好。但逐漸地球冷卻。為了維持生命，早期的酶不得不改變其最佳溫度範圍。

Kern和她的同事研究了一種叫做腺苷酸激酶的進化史。這種蛋白質的一些版本在每個細胞中都有發現，是生命得以生存的必要條件。

酶可以進化得又穩定又有高活性

研究人員使用了一種稱為祖先序列重建的技術，來計算出酶基因在過去的30億年不同之處是什麼樣的。科學家們編輯大腸桿菌的基因。使細菌產生的這些可能是古老的酶，然後看著轉世的分子在不同溫度下如何工作。

Kern 說「這些非常古老的酶在較低的溫度下比任何人預期的更糟糕。」但她發現隨著時間的推移，自然選擇逐漸推動酶在較冷的溫度下更好地工作。酶的突變積累，交換了它們的一些氨基酸部件，最終降低酶的能量需求。讓酶以足夠快的步伐，為了生命的生存繼續基本反應。

由於在熱的條件下也沒有相應的缺點，所以酶沒有立即失去耐熱性。它們中的一些成了Kern所說的「超級酶」——令人印象深刻的是它們在較低的溫度下快速催化反應，但它們仍然在高溫條件下穩定。

這一發現違背了在增加酶的活性方面廣泛持有的假設，使其以相同的速度在較低溫度下保持運作，通常會在穩定性方面相應降低。但現在看來，一些酶可以兩全其美。

一個在很寬的溫度範圍內通用的酶，並不是新的想法。科學家們已經在實驗室設計出了這種蛋白。但這項工作表明，它可能發生在現實世界中。也就是說科學家可以在實驗室做出的東西，是真實存在的，並不是這個星球上的新事物。

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