研究人员一直认为每个酶依据其分子形状都有自己专一的职责。根据这种假设，只有在积累若干与改变形态有关的突变后，酶才会进化成具新功能的酶，这可能需要经历数千代。现在，美国能源部Brookhaven国家实验室的研究人员发现了另一种能瞬间改变多种植物酶功能的因子——酶在细胞中所处的位置。这些酶根据所处位置不同其产物也略有不同。
“正如房地产最重要的是位置，一些酶也具有同样的特征，”Brookhaven的生化学家John Shanklin说。他在发表于2004年7月13日的Proceedings of the National Academy of Sciences的一篇论文中描述第一个位置依赖性酶的功能变化。
这种多功能酶能充分扩展细胞代谢产物的多样性，从而增加有机体适应环境变化的能力。它们也可能为研究人员提供一些生产特定植物产物以满足某种需要的新方法，例如培养能生产不同的、或许更健康的植物油。
Shanklin和他的研究助理Ingo Heilmann正在研究拟南芥中一种独特的脱氢酶。脱氢酶能脱去脂肪酸链中的氢原子并形成碳－碳双键，使脂肪去饱和。拟南芥是研究植物最常用模式生物之一，正如果蝇一样。在利用酵母细胞研究几种新发现的拟南芥脱氢酶功能时，Heilmann和Shanklin注意到一种酶在酵母中的功能与在植物中的有所不同：它能将一个双键插入到脂肪酸碳链上不同的位置。
研究人员知道在植物细胞中，这种酶有一个“地址信号”标签用来引导它到达植物细胞的叶绿体中。当Heilmann去除这个地址信号时，这种植物酶就不能进入叶绿体而是进入到细胞内质网中。在内质网中，这种酶使饱和脂肪酸脱氢的方式与在酵母细胞中的相同。反过来，当研究人员将叶绿体地址信号加入到几种本来在内质网中行使功能的脱氢酶中，它们则会进入到叶绿体中并正常行使叶绿体中正常脱氢酶的功能。
“因此，酶并不是等待多个突变的积累来产生新的功能，而是通过简单的加入或删减一个地址信号——也就是单个的突变，就能在瞬间改变酶的产物，”Shanklin说。
但是，科学家仍然不知道这些位置变化是如何使酶的功能发生变化的。他们推测脂类头部基团（lipid head groups）—— 一类连接脂肪酸的“骨架”，在叶绿体和内质网中有不同的形式——可能与此有关。通过把构建叶绿体脂类头部基团有关的基因加入到酵母细胞，研究人员能够创造出含有与叶绿体中脱氢酶功能相同的酵母细胞，从而证明这种头部基团是位置依赖性的功能变化的关键。
现在，Brookhaven的研究人员与加州大学的Thomas Girke一起研究这种酶功能变化现象的分布情况。利用计算机，他们已经对整个拟南芥基因组的“地址信号”变化情况进行了分析。
在大约6000个拟南芥基因家族中，他们鉴定出239个能够编码被送往细胞不同位置的酶。这些位置的变化是否会造成不同的功能还需要进一步研究。“这是一个需要进一步开发的新领域，”Shanklin说。
研究人员还将研究在已知的酶中添加或移除地址信号是否会改变他们的定位和功能。“我们已经利用没有地址信号的叶绿体脱氢酶在拟南芥中生产一种更健康、低饱和度的植物油，”Shanklin说。“这种方法有一天可能会帮助我们生产出更健康的作物。”
