最新Nature子刊：单分子动力学揭示磷酸三酯酶进化中功能亚态的协同重塑

本文以磷酸三酯酶（PTE）为模型，通过单分子动力学技术，系统研究了酶在进化过程中功能亚态的协同重塑机制。背景方面，传统观点认为酶是高度优化的催化机器，但近年研究发现酶分子群体存在持久的、分子间异质性的功能亚态，这些亚态可能影响反应速率和生物适应性，而其在进化中的动态变化机制尚不清楚。研究目的旨在揭示酶在从单一功能向多功能进化过程中，功能亚态如何重塑并如何与构象动力学耦合。结论发现，随着酶从PTE向芳基酯酶（AE）功能专业化进化，功能亚态的异质性（用变异系数CV量化）逐渐降低；而在反向进化恢复双功能时，异质性重新升高。这些变化与环7的“开放-闭合”构象动力学密切相关：AE专业化使环7的开放态被逐步“冻结”，构象异质性降低；而恢复PTE活性则重新激活开放态，异质性回升。该研究首次从单分子层面直接证明了功能亚态的进化重塑与构象动力学的演化具有紧密耦合关系，为理解酶的可进化性和蛋白质能量景观的演化提供了重要视角。