大約5億年前，植物開始從水生棲息地過渡到陸地，它們需要改變自身。這些現(xiàn)代植物的原始祖先最初并不具備在干旱的、陽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(hù)它們免于新世界的威脅，例如太陽的有害紫外線。

　　大約5億年前，植物開始從水生棲息地過渡到陸地，它們需要改變自身。這些現(xiàn)代植物的原始祖先最初并不具備在干旱的、陽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(hù)它們免于新世界的威脅，例如太陽的有害紫外線。

　　來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?cè)谝豁?xiàng)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(jī)制——成千上萬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。這些化合物中有許多同樣對(duì)人體有益——可作為藥物、疾病預(yù)防的營養(yǎng)物、香料、染料和農(nóng)藥?，F(xiàn)代植物利用的酶工具一定是從遠(yuǎn)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。

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

　　生物學(xué)家們長期將CHI描述為一種“完美”的酶，因?yàn)樗脑咏Y(jié)構(gòu)可通過微調(diào)來催化極速反應(yīng)。Noel說：“化合物盡可能快速地在溶液中或植物細(xì)胞質(zhì)中撞上它，然后CHI制造出黃酮類化合物產(chǎn)物。在進(jìn)化意義上說，它達(dá)到了極限。它正接近它能達(dá)到的極速。”

　　2000年，Noel的研究小組首次解析了CHI的原子結(jié)構(gòu)，通過X射線晶體學(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(jié)構(gòu)和生物化學(xué)分析表明該酶似乎已經(jīng)達(dá)到了它的“進(jìn)化極限”。然而在生物學(xué)中，一切來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)化的過程中的何處出現(xiàn)的？回顧2000年時(shí)，Noel并沒有能夠在擬南芥中找到顯而易見的前體。盡管CHI自身對(duì)于大多數(shù)新近進(jìn)化的綠色植物的黃酮類化合物生成起至關(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(jié)構(gòu)至今多年來，現(xiàn)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(biāo)記。他們?cè)诩?xì)菌和酵母中發(fā)現(xiàn)了與該酶相關(guān)的部分序列，向Noel提示CHI在深遠(yuǎn)的過去，在綠色植物走向陸地之前，就具有一個(gè)分子祖先。