尽管DNA在生物学中发挥着重要作用，并且经过半个多世纪的广泛研究，但DNA构建模块如何形成的许多方面仍不清楚。现在，一个国际科学家团队揭示了这个复杂过程的宝贵细节。

这项研究于上周发表在《科学》杂志上，提供了对自由基酶(一种启动DNA合成的高活性分子)的见解，并可能为癌症和传染病的医疗和治疗应用铺平道路。

该团队包括来自斯德哥尔摩大学、法国国家科学研究中心-图卢兹大学、能源部SLAC国家加速器实验室和劳伦斯伯克利国家实验室以及其他几个机构的研究人员，他们结合各自的专业知识，揭开了核糖核苷酸还原酶(RNR)的神秘面纱，产生DNA构件的一组独特的酶。

悖论现象

RNR几十年来一直困扰着科学家。它们会产生自由基，自由基是一种可以对细胞造成损害的分子，但对多种生化过程也至关重要。解开RNR之谜在于了解它们的活性自由基状态，这是50年前首次发现的一种看似矛盾的现象，其中蛋白质本身就是一个自由基，因此具有奇数个电子。

领导这项研究的斯德哥尔摩大学研究员马丁·赫格博姆(MartinHögbom)表示：“我有化学背景，当我得知酶使用自由基时，我感到很惊讶。”“当时，确定蛋白质自由基是什么样子的想法在理论上甚至显得很牵强。但这种好奇心伴随着我整个科学生涯。”

多年来，许多酶系统已被认为使用自由基化学，但直到现在，由于蛋白质对测量固有的敏感性，还不可能观察这种反应状态下的蛋白质结构。

SLAC科学家兼合作者RobertoAlonso-Mori表示：“我们使用X射线来测量蛋白质的结构，但自由基对这些X射线束引起的辐射损伤极其敏感。”“X射线可以产生许多电子和其他自由基，这些自由基可以消除我们想要研究的蛋白质自由基状态。”

使用SLAC的直线加速器相干光源(LCLS)X射线激光器，该团队采用了一种称为串行飞秒晶体学的尖端技术，该技术使研究人员能够在自然界中发现的温度下观察蛋白质和其他分子，并与破坏前衍射，使研究人员能够在精致的样品被激光炸开之前的瞬间从它们中收集精确的信息。这使他们能够首次捕获处于活性自由基状态的蛋白质的图像，从而直接了解其发挥功能时的行为方式。

治疗潜力

除了其在生物学中的基础意义外，这一发现还具有治疗潜力，因为RNR对于细胞分裂至关重要。

伯克利实验室的科学家、合作者JanKern表示：“通过这种新方法，我们可以了解这些反应状态的自然控制和利用，从而为治疗提供潜在的进步，特别是对于癌症等疾病。”

作为后续研究，研究人员希望将他们的研究扩展到这种酶的其他形式。

“我们的目标是研究其他类型的核糖核苷酸还原酶，扩大我们对不同酶类型中自由基形成的理解，”合作者雨果·莱布雷特(HugoLebrette)说，他曾是斯德哥尔摩大学的博士后研究员，现在是法国国家科学研究中心-图卢兹大学的研究组组长。

“比较这些可以为针对相关生物体中的特定酶提供见解，”合作者、斯德哥尔摩大学博士后研究员VivekSrinivas补充道。“这将为观察不同蛋白质的活性形式打开大门，希望能够重塑疾病治疗方法。”

虽然数据收集本身在一小时内完成，但这一里程碑的基础是几十年来奠定的，其特点是细致的基础工作、合适的模型系统的识别和样本准备。

“我对蛋白质自由基的迷恋始于近30年前我的本科学习期间，”Högbom说。“酶产生和维持自由基的概念是一个启示。我们的目标是全面了解这个蛋白质家族，每一个实验、每一篇论文都推动我们更接近这个目标。这一最新结果是向前迈出的重要一步。”