细胞能量生产速度快的秘诀——必需金属“镁”

由密歇根大学教授Magnus Wolf-Watz领导的一个国际研究小组发现了镁原子是如何指导细胞中催化能量分子ATP产生的化学反应的。ATP是细胞中至关重要的驱动力。这项研究发表在《Science Advances》杂志上。化学系教授Magnus Wolf-Watz说：“我们的发现可以对理解各种生物过程产生广泛的影响，因为ATP分子涉及从肌肉工作和细胞内外运输到细菌感染的一切。”

为了生物生命的存在，细胞需要持续不断地大量获取它们的燃料和信号分子ATP。产生ATP的生化系统之一是必需的腺苷酸激酶，它催化ADP和AMP产生ATP。

这种酶依赖于金属镁才能产生大量的ATP。众所周知，镁通过静电效应催化ATP分子的化学反应，但这还不足以使涉及ATP的化学反应进行得足够快。速度是极其重要的。

现在，由Umeå大学化学系的Magnus Wolf-Watz领导的一个国际研究小组已经开发出一种方法，可以发现镁对ATP分子影响的未知方面。

为了使形成ATP的化学反应发生，在腺苷酸激酶的活性位点上，AMP和ADP必须以相对于彼此的精确几何形状放置。研究小组发现，当镁原子在分子中旋转一个角度时，反应发生得最好，这样它们就会以正确的构型结束。

“结果令人惊讶!”它表明，分子中非常小的差异可以引起戏剧性的催化作用。现在我们确切地知道镁是如何加速形成细胞能量分子ATP的化学反应的，”Magnus Wolf-Watz说。

Umeå大学化学系教授Elisabeth Sauer-Eriksson通过实验产生的晶体结构可以观察到角度的变化。

研究人员更进了一步。利用位于阿灵顿的德克萨斯大学Kwangho Nam实验室的计算化学，他们能够证明角度的变化与酶结构的更大变化有关。这种联系是酶的结构和它们的催化作用之间长期寻求的联系。

这项研究是由Umeå大学、德克萨斯大学和康斯坦茨大学合作进行的。在Umeå大学，使用了核磁共振的研究基础设施，其中包括由Kempestiftelserna提供资金。