基因编码二维红外探针研讨酶活性中间柔性研讨获停顿

《德国利用化学》颁发了中国迷信院生物物理研讨所王江云课题组、物理研讨所李运良课题组及福建物资构造研讨所庄巍课题组，以A genetically encoded two dimensional infrared probe for enzyme active-site dynamics为题的研讨论文。论文报道了一种新的二维红外探针间叠氮酪氨酸（N3Y），通过在铁依赖性酶DddK的活性位点上的基因掺入，二维红外监测及分子力学盘算标明，因为活性中间水活动受限下降，活性中间铁氧化天生Fe（Ⅲ）和退出变性试剂均使酶活性显着下降。

酶通过从飞秒到秒的各类光阴标准上活动进而执行紧张的生物功效，对于迟缓活动（即毫秒到秒）若何影响底物联合和产品开释的已有许多已知信息，而关于飞秒（fs）到皮秒（ps）光阴标准上的疾速活动对酶活性的影响知之甚少。二维红外（2D-IR）光谱固有的疾速光阴分辩率，特殊得当监测卵白质构造四周的水和离子fs-ps光阴尺福能源学。近年来，卵白质位点特同性红外探针的倒退进步了光阴分辩红外技术的空间分辩率，使其成为卵白质能源学研讨的紧张对象。例如，基因编码的非人造氨基酸如对-叠氮基-L-苯丙氨酸和对-氰基-L-苯丙氨酸，已用于跟踪局部电场，表征卵白质折叠能源学和卵白质/卵白质互相作用。然而，因为苯丙氨酸侧链多埋在卵白质疏水焦点内，通常不间接参加酶催化，这些基因编码的苯丙氨酸相似物在摸索酶活性位点能源学方面的利用无限。酪氨酸残基广泛存在于许多酶的活性部位，常作为亲核试剂，质子供体，能参加氧化还原反馈，具备造成阳离子-π互相作用及与金属离子配位等功效。酪氨酸残基在核酸生物合成、DNA修复、细胞色素氧化酶的氧还原、PSII的水氧化，以及其他生物进程中具备症结作用。然而，酪氨酸相似物作为2D-IR探针专门引入卵白质中尚未有研讨。

研讨中，科研职员应用基因暗码子扩大伎俩，完成了一种新的二维红外探针N3Y的基因编码，并在一种铁依赖性酶DddK的活性位点完成了N3Y的基因掺入。DddK是一种金属酶，它能将地球上丰厚的无机硫分子二甲基磺酰丙酸（DMSP）转化为二甲基硫化物（DMS，陆地硫轮回中的一个中间分子，在气候调理中具备紧张作用）。通过2D-IR丈量及分子能源学盘算研讨证实DddK中间铁原子氧化还原态的变动对ps-fs时的水的能源学有较年夜影响，标明N3Y是一种对情况敏感的二维红外探针。

中科院院士邹承鲁多年前做了察看研讨，在退出低浓度的卵白量变性剂招致酶活性完整丢失，而卵白质的整体构造仍能坚持完全。基于这些成果，提出了酶的柔性活性中间这一紧张观点（Tsou，1993，Science），以为酶活性中间是高度柔性的构造。在本项研讨中，低浓度变性剂的退出也强烈影响DddK活性位点的水能源学，而不惹起卵白质构造的整体变动。在DddK活性部位下降对水分子活动的限定与酶活性下降无关。该研讨为低浓度的卵白量变性若何显着下降酶活性位点对水的限定提供了新的见解，为低浓度的卵白量变性试剂可能打消酶活性而不惹起整体卵白质构造的改动提供了机理研讨根底。因为酪氨酸残基在许多症结酶中起紧张作用，基因编码的2D-IR探针N3Y应该普遍实用于研讨酪氨酸的多种功效以及ps-fs光阴标准酶活性位点动静对酶选择性和活性的影响，从而匆匆进特定的化学反馈。(100yiyao.com）