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2023年，二氧化碳“变”糖！

今年，中国科学院天津工业生物技术研究所

再次传来新消息！

该所与杭州师范大学团队合作取得一项重大科研成果——发现超氧阴离子作为一种活性氧，参与了麦角碱药物分子的酶催化合成过程。这一成果为药物合成领域带来了全新突破，北京时间3月6日0时，相关研究成果在国际学术期刊《自然》上发表。

酶作为生命活动的核心催化剂，驱动着从代谢调控到能量转换等关键生物过程，堪称自然界亿万年进化形成的精密分子机器。在合成生物学中，酶不仅是重构生命系统的功能基石，更是突破传统化学合成局限的核心工具，它像一个个“微型工厂”，实现抗生素、生物燃料、高价值化合物等目标产物的定向制造。

在杭州师范大学合作团队提供的结构生物学数据支撑下，天津工业生物技术研究所研究发现，参与麦角生物碱药物合成的过氧化氢酶EasC（裸麦角碱合成酶）结构独特，同时拥有两座“车间”：一座位于酶中心，另一座位于酶表面，两个“车间”之间通过管道相连。酶中心“车间”负责生产活性氧超氧阴离子，并将其通过管道输送至酶表面车间，在那里活性氧催化原料生产麦角碱药物分子。

这种“双车间—输送管道协同”的酶催化方式十分精妙，宛如在针尖上建造了两座专业车间，分别承担活性氧和药物分子的生产任务，还专门为活性氧打造了运输通道。这种物理隔绝和运输方式既利用了活性氧的强大反应能力，又规避了它的破坏性，体现了微生物酶系统在氧化学利用方面的进化智慧——在保持药物高效生产的同时避免了细胞毒性。进一步研究发现，通常认知中需要消耗外源电子的活性氧生产过程，在此处竟是由药物原料分子直接“供电”完成的，而且活性氧只有在酶表面的药物原料就位时才会开始生产并启动运输。

该成果文章通讯作者高书山在实验室里。 天津日报记者 胡萌伟 摄

长期以来，活性氧超氧阴离子被视为“健康杀手”。作为细胞代谢过程中产生的活性氧自由基，它如同失控的“分子剪刀”，会破坏 DNA、蛋白质，并且已被证实与癌症、衰老等密切相关。但天津工业生物技术研究所的这项研究打破了人们对其的传统认知，发现超氧阴离子可作为酶的催化工具参与药物分子合成，充分证明了自然界的奥秘远超人类现有认知。

此次研究成果为开发新型酶制剂、重构天然产物合成途径提供了宝贵的分子进化蓝本，同时也将加速麦角生物碱等抗抑郁药物的新药研发和绿色制造进程。相关酶制剂的开发有望为传统化学合成提供绿色低碳的可持续替代方案，推动医药制造向高效、环保的方向转变。

该成果得到国内外领域专家的高度评价。专家们认为，该研究揭示的机制是“未见报道的”，强调其“可能重塑氧化酶进化认知”，并认为该工作“不仅仅是揭示了一种基于超氧阴离子的催化机制，更重要的是提示了这是一种尚未被揭示、但广泛存在于不同酶系统的催化机制”，“为人工设计高效生物催化剂开辟全新路径，在生物制药、绿色化工及新型能源开发等领域具有重大应用潜力。”

来源：天津日报