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發(fā)現(xiàn)有機汞化物裂解酶降解汞污染新的作用機制
閱讀：1311 發(fā)布時間：2011-4-28有機汞化物（Organomercury compound）是具有高度毒性的有機金屬化合物（Organometallic compound），由于其具有水溶性的特性，使得容易進入生物體內，進入食物鏈中，造成生物堆積（Bioaccummulation），進而對生物造成中毒的現(xiàn)象。然而，在自然界汞的生物循環(huán)中具有一些酵素（enzyme）可將有機汞化物降解成汞離子（mercury ion），zui后再還原成汞原子（mercury element），使其毒性降低，進而減少在食物鏈中的堆積。
1950年代，日本熊本縣水俁市（Minamata）爆發(fā)了相當嚴重的汞金屬環(huán)境污染案件，當?shù)鼐用裼捎谑秤煤杏袡C汞化物的海鮮，而出現(xiàn)了大規(guī)模集體中毒的癥狀，日后關于有機汞中毒的病癥，皆以水俁市名命名為水俁病（Minamata disease）。汞離子（mercury ions）與硫（sulfur）具有相當好的配位能力（Binding ability），由于生物體中含有半胱氨酸（Cysteine）等具有硫原子組成的生物分子，因此汞離子會與這些生物分子形成很強的鍵結能力，進而影響生物分子的活性。然而，自然界也利用此一特性，發(fā)展出一系列的有機汞化物裂解酶（Organomercurial Lyase），將汞離子捕捉住，進而降解成相對低毒性的元素汞。
有機汞化物裂解酶具有很多類型（MerA,MerB,MerP,MerT），過往的研究多集中在MerA酵素的研究，MerA是將汞離子還原降解成元素汞的酵素。然而近期的研究發(fā)現(xiàn)，MerB則是將有機汞化物轉變成汞離子的酵素，經由此一酵素可將毒性zui強的有機汞化物，轉變?yōu)槎拘韵鄬^低的二價汞離子。MerB的作用機制大致利用三個半胱氨酸形成一個活災行?active site），與有機汞化物配位進而將汞與碳的鍵結切斷（mercury-carbon bond cleavage），釋放有機分子及汞離子。其中汞離子再經運送交給MerA進行還原反應（reduction reaction）生成元素汞。
由于MerB的活性中心具有三個半胱氨酸，因此來自德國霍恩海姆大學（University of Hohenheim）的Gerard Parkin等人利用一個三牙基有機配子（ligand）嘗試模擬MerB活性中心上的三個半胱氨酸，并且與甲基汞化物（Methylmercury compound）反應。在過往的研究中，相類似的配位子與汞配位多得到四配位四面體（tetrahedron）的構形，然而Gerard Parkin等人成功得到一個二配位的有機金屬汞化合物的晶體結構（crystal structure），并且發(fā)現(xiàn)在溶液中與四配位的構形具有快速交換的特性。另外他們也使用單一配位的有機配子類似物與甲基汞化物配位發(fā)現(xiàn)在一比一當量下形成的有機金屬化合物需要較高的溫度才可將汞碳間鍵結打斷，然而再提高有機配子的當量數(shù)發(fā)現(xiàn)可以較低的溫度就可做汞碳間鍵結斷裂的反應。
因此，Gerard Parkin等人認為MerB需要三個半胱氨酸的原因在于，*個半胱氨酸提供鍵結能力將甲基汞化物捕捉，再利用第二個半胱氨酸的配位活化汞碳間的鍵結，zui后第三個半胱氨酸的配位則將活化的汞碳間鍵結切斷，形成汞離子與甲烷分子。自然界的代謝反應其實是由許多化學反應所構成，藉由了解分子層次的作用機制，可以對此代謝反應做更深入的了解，進而設計出更好的系統(tǒng)應用在工業(yè)上，例如經由基因轉殖技術將表達MerB的基因植入特定的生物中，利用牠們吸收環(huán)境中的汞，進而減低環(huán)境的毒性。