生物物理所在金屬蛋白理性設計研究方面獲得進展

發布時間：2012-12-03 15:05 原文鏈接：生物物理所在金屬蛋白理性設計研究方面獲得進展

　　11月29日，中科院生物物理所王江云研究組以Probing the Function of the Tyr-Cys Crosslink in Metalloenzymes through the Genetic Incorporation of 3-Methylthiotyrosine為題，在Angewandte Chemie International Edition上發表了最新研究成果。該研究通過擴展基因密碼子，實現了在活細胞中編碼具有氧化還原活性的非天然氨基酸3-甲硫基酪氨酸，為研究氧化還原蛋白質中天然存在的酪氨酸與半胱氨酸共價交聯，及金屬蛋白的理性設計提供了有力的工具。

　　蛋白質是所有生命體及其生命活動的主要物質基礎。在整個蛋白中，約有三分之一的蛋白都是一些含金屬的蛋白，稱為金屬蛋白(Metalloprotein)或金屬酶(Metalloenzyme)。金屬酶中普遍存在通過硫醚鍵結合的Tyr-Cys輔助因子，例如：半乳糖氧化酶(GO)，乙二醛氧化酶，半胱氨酸雙加氧酶(CDO)，亞硫酸鹽還原酶(NirA)以及Thioalkalivibrio nitratireducens細胞色素c亞硝酸鹽還原酶(TvNiR)。

　　在上述的所有酶中，酪氨酸苯環上的C3原子與鄰近半胱氨酸的S原子均能自發地形成共價鍵，而不需要任何外源性蛋白質催化。這種Tyr-Cys輔助因子的基本功能，已被多位合成化學家、物理化學家、酶學家和結構生物學家深入研究，并且取得了巨大的突破。盡管如此，關于該輔助因子在酶催化過程中的確切作用至今仍無人知曉，而限制其研究的瓶頸問題是無法通過傳統的定點誘變方法來探測這種翻譯后修飾的結構。為了克服這種限制，有人合成出模擬Tyr-Cys共價交聯的化合物來進行研究。結果表明，Tyr-Cys共價交聯基團可以顯著降低苯環側鏈的pKa值和還原電位，因此促進了酶作用底物和Tyr-Cys輔助因子之間的質子耦合電子轉移，而這對優化酶活性是至關重要的因素。

　　本研究擬通過在肌紅蛋白中定點特異插入3-甲硫酪氨酸（MtTyrMb），使其模擬Thioalkalivibrio nitratireducens細胞色素c亞硝酸鹽還原酶（TvNiR）活性中心的Tyr-Cys輔助因子，該研究將為金屬酶中Tyr-Cys輔助因子的催化機制提供研究基礎。

　　該研究得到科技部國家重點基礎研究973計劃、國家自然科學基金委員會和中國科學院的資助。