中研院冷凍電顯中心與中央大學合作成功拍攝KARI酵素的結構

（台灣TB新聞網/記者陳念祖）中央研究院冷凍電子顯微鏡中心與國立中央大學合作，運用冷凍電顯技術，以原子級的解析度，首度成功拍攝分析出酵素的蛋白質構造。利用成熟的冷凍電顯拍攝技術，將逐步的解揭開酵素神秘面紗，預料，對食品及藥品的開發將帶來重大的突破。

中央研究院冷凍電子顯微鏡中心與國立中央大學合作的研究成果，係國立中央大學生命科學系助理教授陳青諭，與冷凍電顯中心主持人中研院生化所特聘研究員蔡明道院士合作的成果。論文已於4月17日刊載於《美國化學學會期刊》（Journal of the American Chemical Society），期刊並將研究成果選為當期封面，選用拍攝的蛋白質酵素的3D立體結構圖。

中研院院長廖俊智院士以及2018年諾貝爾化學獎得主弗朗西絲•阿諾德（Frances Hamilton Arnold）博士利用微生物基因工程，修改大腸桿菌支鏈型胺基酸的生物合成途徑，來生產生質燃料──異丁醇。而因為NADH的成本較NADPH低，阿諾德長期以來研究如何讓KARI酵素對NAPDH的偏好改成NADH，以生產更多異丁醇。因此，中研院及中央大學團隊對此酵素特性的掌握，將有高度的工業應用價值。

過去，科學家若要研究蛋白質的原子結構，必須先將蛋白質結晶，再以X光繞射成像。然而，並非所有蛋白質狀態都可以被結晶。

中研院院士蔡明道表示，冷凍電子顯微鏡透過低溫方式固定蛋白質，省去結晶化的過程與限制，並用電子顯微鏡提高解析度到原子的等級，有助於把蛋白質看得更清楚。

院士蔡明道指出，研究團隊藉此冷凍電顯技術，揭露了硫磺礦硫化葉菌Sulfolobus solfataricus之熱穩定性酮醇酸還原異構酶（ketol-acid reductoisomerase, KARI）的四種狀態的結構，更瞭解酵素的活性如何受到酸鹼值所影響。

2018年，中研院與台灣蛋白質計畫合購了一組最先進的高解析度冷凍電子顯微鏡，並成立「中央研究院冷凍電子顯微鏡中心（ASCEM）」。冷凍電子顯微鏡透過低溫方式固定蛋白質，省去結晶化的過程與限制，並用電子顯微鏡提高解析度到原子的等級，有助於把蛋白質看得更清楚。院士蔡明道並強調表示：研究在冷凍電顯團隊張淵智研究副技師等人的協助下，才以不到一年的時間即有傑出成果。

院士蔡明道為酵素專家，於2012年獲選為中研院院士。陳青諭過去在中研院院士王惠鈞及院士陳長謙共同指導下，於化學所開始冷凍電子顯微鏡技術的研究之路。

一般而言，酵素對幫助其作用的輔酶具高度專一性，有如同「一個鎖孔對一把鑰匙」的關係，但是，KARI這個酵素卻可使用兩種輔酶（NADH與NADPH）。透過冷凍電顯技術，該研究也掌握了其「一個鎖孔適用不同鑰匙」之門路，也就是KARI酵素對輔酶的雙重特異性。這除了是該研究的獨道之處，也讓基因工程學家可藉此繼續探索於工業應用KARI酵素的可能性。

陳青諭表示：「現今高解析冷凍電子顯微鏡如虎添翼，利用電顯對蛋白質分子拍照，可取得成千上萬個不同面向的個別蛋白質分子影像，以數學方法來重構，可達近似原子等級的解析度，將蛋白質結構看得一清二楚，也是一大突破。」

中研院表示，此篇研究不僅是眾多研究人員的成果，也是中研院冷凍電顯中心的作品，對長期給予冷凍電顯研究經費支持的台灣蛋白質計畫有莫大鼓舞，而除了冷凍電顯團隊，台灣蛋白質計畫也大力扶植與癌症或重大疾病醫療檢測相關之蛋白質結構分析、抗體及藥物開發等多個研究團隊。