看到的立体

知道一种化合物的组成并不总是足以了解它的化学性质——有时你需要知道它的原子在三维空间中的排列方式，以及它的立体化学性质。

这正是铁载体的情况，它们是微生物中结合和运输铁的重要生物分子。科学家可以从细菌基因组中解码它们的化学成分，但这并不能提供分子本身的完整图像。

现在，包括加州大学圣巴巴拉分校研究生扎克·雷茨和克里夫·哈代在内的一个研究小组发现了一种方法，可以直接从编码这些化合物的基因中破译它们的3D结构。这些结果对我们理解微生物进化和生态学有影响，并可能用于治疗感染。这一发现发表在《美国国家科学院院刊》上。

“我们有兴趣从基因组序列预测这些分子是什么，包括立体化学，”Reitz和Hardy的顾问Alison Butler教授说，她是加州大学圣巴巴拉分校化学系的杰出教授生物化学。

巴特勒和她的实验室研究主要由细菌组成的小铁结合分子。生命需要铁来维持机能，但是生物可利用的铁在环境中通常是稀缺的。为了解决这个问题，细菌会产生铁离子，并把它们送到铁元素的来源。哈迪解释说:“然后，细菌可以把铁离子复合体带回细胞，在那里，铁离子可以被用于细胞过程。”

虽然这个话题在基本层面上很有趣，但使用铁细菌的一些细菌是人类病原体。更好地了解这些化合物可以帮助我们阻止细菌的生长和治疗疾病。

就像蛋白质一样，铁载体通常是由几个氨基酸链在一起组成的，科学家把这类分子称为肽。然而，它们比蛋白质要小，而且通常含有蛋白质中不含的20种氨基酸。科学家们可以很容易地通过编码产生铁素体的酶的基因来预测铁素体的组成。这使得化合物在铁结合位点的立体化学性质得以公开，这个问题几十年来一直困扰着科学家。

带着这样的想法，Reitz开始为一类特殊的酶组织一个族谱，这些酶在铁载体的装配过程中起着关键的作用。这些酶的四个亚科出现了，它们聚集成两大类。Reitz说:“奇怪的是，有时一个基因组会同时为两个群体编码。”“一开始，它似乎是多余的，因为它要同时拥有这两个。因此，他们开始寻找能解释这一特性的模式。

研究人员惊奇地发现，这些酶产生的结构遵循了亚科之间的区别。值得注意的是，该酶所属的主要基团直接影响了它所产生的铁素体的立体化学。

哈代说:“在我们完成这项工作之前，你不能仅仅通过观察基因组来预测立体化学。”这项技术被证明是如此可靠，以至于该团队甚至能够纠正他们在文献中发现的一个错误，即基因组预测与描述的结构不匹配。哈代说:“结果证明，预测是正确的，发表的立体化学是错误的。”

“基因组是一个强有力的结构指南，”巴特勒补充说。“所以如果你得到的化学结果与基因组不一致，那就回去检查化学结果。”

现在，研究小组想要确定不同的立体化学是否会影响铁的吸收。哈代说:“这就是我们现在的工作，试图找出立体化学对铁化学的影响。”他们还对这些差异是如何演变而来的很感兴趣，什么是第一个铁素体。

“细菌是比我们更好的化学家，”Reitz说。“如果有机化学家能像细菌那样在实验室获得立体选择性，他们会欣喜若狂。”

“控制立体化学可能是合成化学中最难做的事情，”哈迪补充说，“而这些细菌可以毫无问题地做到这一点。”