中科院科學家利用非天然氨基酸在金屬蛋白功能機理研究方面獲得新進展

來源：生物谷作者：人氣：-發表時間：2015-04-10 08:52:00【大中小】

2015年2月11日，中科院生物物理所王江云研究組在國際著名期刊Journal of the American Chemical Society上發表了最新研究成果。在這篇題為“Defining the Role of Tyrosine and Rational Tuning of Oxidase Activity by Genetic Incorporation of Unnatural Tyrosine Analogs”的論文中，研究人員通過基因編碼的方法將一系列類似酪氨酸的非天然氨基酸引入基于肌紅蛋白的氧化酶，作為光譜探針研究含自由基的反應中間體，并通過改變pKa調節了氧化酶的酶活，揭示了酪氨酸質子傳遞能力對酶活的影響。

血紅素-銅氧化酶是一類在呼吸鏈末端高效催化氧氣還原為水的金屬蛋白酶。在這類酶的活性中心有一個保守的酪氨酸。學術界認為這一殘基在反應中貢獻質子和電子，并在反應中生成自由基中間體。而這個酪氨酸中的苯酚環pKa和其對酶催化活力的影響尚不清楚。

王江云課題組的研究人員將一系列鹵代酪氨酸通過基因編碼的方式引入基于肌紅蛋白的氧化酶（一種血紅素-銅氧化酶模型）中。進而通過測定含非天然氨基酸的突變體，揭示了氧化酶活性與酪氨酸的pKa存在線性關系。通過引入一系列非天然氨基酸，實現了在一定范圍內調節氧化酶活性的目標，揭示了酪氨酸質子傳遞能力對酶活的影響。本研究發展了非天然氨基酸作為光譜探針的方法，利用含鹵素和氘原子的非天然氨基酸具有不同電子順磁共振信號的特點，確定了在與過氧化氫反應中生成的自由基源自活性中心的酪氨酸。

這一研究不僅直接證明了酪氨酸貢獻質子能力與反應活性的聯系，并提供了通過非天然氨基酸提高酶活的方法，還為金屬蛋白的理性設計方面提供了提供了借鑒思路和新的實驗手段。今后人們將可以利用非天然氨基酸作為探針，定向研究多種蛋白中關鍵氨基酸相關的功能機制。