大約5億年前，植物開(kāi)始從水生棲息地過(guò)渡到陸地，它們需要改變自身。這些現代植物的原始祖先最初并不具備在干旱的、陽(yáng)光摧殘的世界上生存的能力。然而漸漸地它們進(jìn)化出了一些酶，使得它們能夠合成新型的化合物保護它們免于新世界的威脅，例如太陽(yáng)的有害紫外線(xiàn)。

　　大約5億年前，植物開(kāi)始從水生棲息地過(guò)渡到陸地，它們需要改變自身。這些現代植物的原始祖先最初并不具備在干旱的、陽(yáng)光摧殘的世界上生存的能力。然而漸漸地它們進(jìn)化出了一些酶，使得它們能夠合成新型的化合物保護它們免于新世界的威脅，例如太陽(yáng)的有害紫外線(xiàn)。

　　來(lái)自美國薩克生物研究學(xué)院的研究員Joseph P.Noel和他的同事們在一項新研究中將研究焦點(diǎn)放在了其中的一個(gè)代謝酶上，直到今天這種酶仍能有效地發(fā)揮功能被生物化學(xué)家們視為是催化上“完美無(wú)缺”的。在發(fā)布于5月13日《自然》（Nature）雜志上的論文中，研究人員揭示了該酶是如何從非催化性的祖先蛋白進(jìn)化而來(lái)的。

　　Noel的研究興趣在于了解如今的植物獲得制造出不同化學(xué)武器能力的機制——成千上萬(wàn)的特化分子使得植物能夠在世界各地各種各樣的，有時(shí)甚至是有害的環(huán)境中旺盛生長(cháng)。這些化合物中有許多同樣對人體有益——可作為藥物、疾病預防的營(yíng)養物、香料、染料和農藥?，F代植物利用的酶工具一定是從遠古植物為了在極其不同的世界中生存所利用的蛋白質(zhì)分子進(jìn)化而來(lái)。

　　在當前的研究中，Noel和他在薩克生物研究學(xué)院的同事與愛(ài)荷華州立大學(xué)的研究人員合作側重研究了苯基丙乙烯酮異構酶(CHI)，CHI對于生成特定代謝產(chǎn)物黃酮類(lèi)化合物（flavonoids）起關(guān)鍵性作用。黃酮類(lèi)化合物以數千種形式發(fā)揮作用，為植物提供顏色吸引傳粉昆蟲(chóng)，用有毒氣味擊退草食動(dòng)物，用奇怪的味道來(lái)阻止真菌繁殖，用保護劑對抗太陽(yáng)紫外線(xiàn)的漂白效應。

　　生物學(xué)家們長(cháng)期將CHI描述為一種“完美”的酶，因為它的原子結構可通過(guò)微調來(lái)催化極速反應。Noel說(shuō)：“化合物盡可能快速地在溶液中或植物細胞質(zhì)中撞上它，然后CHI制造出黃酮類(lèi)化合物產(chǎn)物。在進(jìn)化意義上說(shuō)，它達到了極限。它正接近它能達到的極速。”

　　2000年，Noel的研究小組首次解析了CHI的原子結構，通過(guò)X射線(xiàn)晶體學(xué)技術(shù)揭示了使CHI成為植物酶中的“法拉利”（Ferrari）的精確三維原子排列。事實(shí)上，它們的結構和生物化學(xué)分析表明該酶似乎已經(jīng)達到了它的“進(jìn)化極限”。然而在生物學(xué)中，一切來(lái)源于古老事物的東西都有可能是不同的。

　　CHI這一高速催化物是在在植物進(jìn)化的過(guò)程中的何處出現的？回顧2000年時(shí)，Noel并沒(méi)有能夠在擬南芥中找到顯而易見(jiàn)的前體。盡管CHI自身對于大多數新近進(jìn)化的綠色植物的黃酮類(lèi)化合物生成起至關(guān)重要的作用，然而它似乎不存在于植物王國之外。

　　從Noel研究小組揭示CHI結構至今多年來(lái)，現代植物科學(xué)獲得了大量的新分子和遺傳學(xué)技術(shù)。這些技術(shù)進(jìn)步使得Noel和他的同事們能夠在更簡(jiǎn)單（更古老）的生物體基因組序列中搜索CHI相關(guān)的蛋白質(zhì)標記。他們在細菌和酵母中發(fā)現了與該酶相關(guān)的部分序列，向Noel提示CHI在深遠的過(guò)去，在綠色植物走向陸地之前，就具有一個(gè)分子祖先。