中科院生物物理所在蛋白質(zhì)中光致電子轉(zhuǎn)移研究方面取得新成果 
         Angewandte Chemie發(fā)表了中科院生物物理研究所王江云研究組和龔為民研究組的研究成果。這篇以Genetic Incorporation of a Metal Chelating Amino Acid as a Probe for Protein Electron Transfer為題的研究論文，被該雜志選為“非常重要的論文”和內(nèi)封面文章。
　　該研究通過(guò)基因密碼子擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了在活細(xì)胞中編碼螯合金屬的非天然氨基酸3-吡唑基*，為研究生物大分子中的光致電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，及利用生物元件實(shí)現(xiàn)可控的光致電荷分離提供了有力的工具。
　電子傳遞（ET）涉及生物體內(nèi)許多重要的生化過(guò)程，包括光合作用等。如何改造生物元件實(shí)現(xiàn)可控的光致電荷分離，是利用合成生物學(xué)手段生產(chǎn)可再生能源的重要問(wèn)題和主要瓶頸。同時(shí)，目前蛋白質(zhì)中的電子傳遞實(shí)驗(yàn)測(cè)量，通常只能依靠在蛋白質(zhì)本身含有的殘基*或半*上連接探針來(lái)進(jìn)行研究，因此該方法僅能用于研究小的可溶性蛋白，限制了其應(yīng)用。光誘導(dǎo)電子傳遞（PET）導(dǎo)致的熒光淬滅是一種用來(lái)探索生物大分子中的動(dòng)態(tài)構(gòu)象變化的有力工具。但由于受到目前技術(shù)的限制，只能用*或*作為電子供體。
　本研究將具有金屬螯合能力的非天然氨基酸通過(guò)基因密碼子擴(kuò)展的手段定點(diǎn)插入到綠色熒光蛋白（GFP），實(shí)現(xiàn)了在熒光蛋白發(fā)光中心至銅離子之間的快速光致電子轉(zhuǎn)移，并測(cè)量到電子轉(zhuǎn)移發(fā)生在1納秒之內(nèi)（接近光中心的速度）。晶體結(jié)構(gòu)研究揭示了3-吡唑基*對(duì)銅離子具有高強(qiáng)度結(jié)合能力。
　　這些新方法為蛋白動(dòng)態(tài)構(gòu)象變化研究提供了新的研究手段，為利用合成生物學(xué)手段生產(chǎn)可再生能源提供了新的研究思路，為金屬蛋白設(shè)計(jì)提供了新的工具。在本論文中還提出了水母綠色熒光蛋白可能是水母的光感受器的新觀點(diǎn)。
　　美國(guó)普林斯頓大學(xué)生物物理化學(xué)家Haw Yang教授評(píng)價(jià)說(shuō)：“我相信，非天然氨基酸編碼技術(shù)將為生物物理學(xué)-蛋白質(zhì)研究領(lǐng)域的研究人員提供一個(gè)非常有價(jià)值的工具，而這篇文章即是推動(dòng)該領(lǐng)域發(fā)展的研究之一，因?yàn)槭褂勉~作為淬滅劑，可以極大地拓展基于距離測(cè)量的工具包。”
　　美國(guó)麻省大學(xué)生物無(wú)機(jī)化學(xué)家GUO Maolin教授認(rèn)為，了解生物電子轉(zhuǎn)移的機(jī)制，已被證明是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的和復(fù)雜的科學(xué)問(wèn)題。王江云博士和他的同事開(kāi)發(fā)了一種新的策略，即通過(guò)將金屬離子螯合非天然氨基酸并編碼到蛋白質(zhì)來(lái)研究這個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。他們成功地將螯合Cu（II）的基團(tuán)在綠色熒光蛋白（GFP）的表面編碼，在405nm光誘導(dǎo)下，光致電子轉(zhuǎn)移（PET）從蛋白發(fā)色團(tuán)到Cu（II）迅速發(fā)生，并在一個(gè)納秒制造出還原性銅（I）。這種基因編碼的策略絕妙的地方在于，它為在活細(xì)胞中的蛋白質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)控電子轉(zhuǎn)移提供了機(jī)會(huì)，而這將更加精彩!
　　北京大學(xué)生物物理化學(xué)家高毅勤教授說(shuō)，光致電子轉(zhuǎn)移對(duì)蛋白質(zhì)動(dòng)力學(xué)的研究是一個(gè)非常有用的工具，但其應(yīng)用一般限于相對(duì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。這項(xiàng)工作很好地將金屬離子螯合氨基酸到蛋白質(zhì)，從而為蛋白質(zhì)動(dòng)力學(xué)研究提供了一個(gè)新的策略。這樣的方法很可能將顯著提高PET在蛋白質(zhì)動(dòng)力學(xué)研究中的適用性。
　　本論文的共同*作者為劉曉紅副研究員以及博士研究生李家松、董建樹(shù)。該研究得到*國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究973計(jì)劃、*和*的資助。