人类和许多其他生物都需要氧气才能生存

人类和许多其他生物都需要氧气才能生存。在将养分转化为能量的过程中，氧气被转化为水，而酶氧化酶对此负责。它代表了所谓呼吸链的最后一步。

尽管人类仅具有这些氧化酶的一种，但细菌模型生物大肠杆菌(E. coli)具有三种可用的替代酶。为了更好地理解大肠杆菌和其他细菌为何需要多种氧化酶，来自鲁道夫·维尔奇豪中心的贝蒂娜·博切尔教授与弗赖堡大学的托斯滕·弗里德里希教授合作确定了大肠杆菌中细胞色素bd氧化酶的分子结构。大肠杆菌。仅在细菌和微生物古细菌中发现这种类型的氧化酶。

细菌有其他类型的氧化酶

同种的细胞色素，b型为两种，d型为一种，是使氧化酶发挥功能的关键含铁基团。在细胞色素d处，氧结合并转化为水。结构确定表明，来自大肠杆菌的细胞色素bd氧化酶的结构与另一种细菌，热树芽孢杆菌(Geobacillus thermodenitrificans)的结构非常相似。“但是，令我们惊讶的是，我们发现细胞色素b和细胞色素d改变了位置，从而改变了酶内的氧转化位点，” Thorsten Friedrich教授报道。

发生这种变化的原因可能是细胞色素bd氧化酶可能具有第二种功能：除了产生能量外，它还可以起到抵抗氧化应激和氮氧化物应激的作用。特别是致病细菌菌株显示出高活性的细胞色素bd氧化酶。由于人类不具有这种类型的氧化酶，因此这些结果可能进一步为开发针对病原体(如分枝杆菌)的细胞色素bd氧化酶的新型抗菌药物提供重要指示。

取得成功的关键是新型高性能电子显微镜，该显微镜自2018年以来一直在Rudolf Virchow中心的Böttcher教授的指导下进行操作。BettinaBöttcher教授解释说：“细胞色素bd氧化酶对于冷冻电子显微镜来说是具有挑战性的样品，因为它是通过这种技术确定结构的最小的膜蛋白之一。”

该技术的特殊功能是温度低至负180摄氏度的极低温度和按原子顺序移动的分辨率。这使得研究先前已被速冻的生物分子和复合物成为可能，并重建其三维结构。在300,000伏特的电压下，显微镜加速了电子“扫描”样本的速度。

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