Science：一种新发现的酶产生乙烯和甲烷

时间：2021-12-02 00:00:00 来源：网络整理

研究人员经常在缺氧环境(如某些类型的土壤)中观察到乙烯气体。几十年来，科学家们都知道乙烯来自微生物。但唯一已知的自然微生物产生乙烯的过程需要氧气。那么，缺氧环境中如何含有乙烯呢?一组科学家发现了细菌中的一种酶系统，它可以在没有氧气的情况下产生乙烯，这为这个悖论提供了线索。这些酶被称为甲基硫代烷烃还原酶。它们的作用是从小型挥发性有机硫化合物中清除硫。根据所使用的化合物，这些酶反应产生乙烯、乙烷或甲烷作为副产物。

新发现的酶是一种固氮酶。固氮酶及其亲戚是进行化学反应需要电子的酶。科学家了解了氮酶和相关物质在光合作用和甲烷形成中的作用。然而，细菌中许多固氮酶样基因和相关蛋白的功能仍然是一个谜。这项研究表明，这些亲缘关系的固氮酶已经适应专门分解硫。在这个过程中，它们释放出乙烯和甲烷。这突出了未被探索的固氮酶的功能多样性。这也证明了它们在制造生物燃料和其他生物材料方面的潜在用途。

总结

乙烯既是一种有效的植物生长激素，也是大多数塑料的关键化学前体，使其成为地球上生产和使用最多的工业化学品。植物在适当的时间和数量自然产生乙烯，以促进根的伸长，芽的延长，果实的成熟和程序性的叶子死亡。然而，在涝渍和洪水中，土壤会积累由微生物产生的乙烯。这种乙烯会累积到对植物有害的水平，导致农作物受损。研究人员此前发现，在缺乏氧气的情况下，一些土壤和淡水细菌在急需硫的情况下可以产生乙烯。研究人员在细菌中追踪了产生直接乙烯前体(2-甲基硫)乙醇的途径。但是合成乙烯的最后一个酶步骤仍然未知。

最近，一组科学家发现了剩下的这一步。通过一系列协同的基因操作、蛋白质组学、转录组学和热力学建模，该团队确定甲基硫代烷烃还原酶是缺失的环节。随后的代谢产物标记实验和靶向代谢组学鉴定了催化反应。这些还原酶执行碳硫键裂解(2-甲基硫)乙醇，以释放硫，释放乙烯作为副产物。同样地，甲基乙基硫和二甲基硫可以分别释放乙烷和甲烷。甲基硫代烷烃还原酶的发现为缺氧洪水土壤中乙烯的产生提供了解释，并可能为如何防止有害乙烯积累提供了见解。此外，无氧生物制乙烯对于工业生物乙烯生产具有潜在的优势。甲基硫代烷烃还原酶的发现完成了不依赖氧的乙烯产生途径，为产生高水平乙烯的工程细菌菌株铺平了道路。

原文标题：

A nitrogenase-like enzyme system catalyzes methionine, ethylene, and methane biogenesis

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