点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:基因编码二维红外探针研究酶活性中心柔性研究获进展
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

基因编码二维红外探针研究酶活性中心柔性研究获进展

来源:生物物理研究所2021-03-03 14:57

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  3月1日,《德国应用化学》发表了中国科学院生物物理研究所王江云课题组、物理研究所李运良课题组及福建物质结构研究所庄巍课题组,以A genetically encoded two dimensional infrared probe for enzyme active-site dynamics为题的研究论文。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计算表明,由于活性中心水运动受限降低,活性中心铁氧化生成Fe(Ⅲ)和加入变性试剂均使酶活性显著降低。

  酶通过从飞秒到秒的各种时间尺度上运动进而执行重要的生物功能,关于缓慢运动(即毫秒到秒)如何影响底物结合和产物释放的已有许多已知信息,而对于飞秒(fs)到皮秒(ps)时间尺度上的快速运动对酶活性的影响知之甚少。二维红外(2D-IR)光谱固有的快速时间分辨率,特别适合监测蛋白质结构周围的水和离子fs-ps时间尺福动力学。近年来,蛋白质位点特异性红外探针的发展提高了时间分辨红外技术的空间分辨率,使其成为蛋白质动力学研究的重要工具。例如,基因编码的非天然氨基酸如对-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,表征蛋白质折叠动力学和蛋白质/蛋白质相互作用。然而,由于苯丙氨酸侧链多埋在蛋白质疏水核心内,通常不直接参与酶催化,这些基因编码的苯丙氨酸类似物在探索酶活性位点动力学方面的应用有限。酪氨酸残基普遍存在于许多酶的活性部位,常作为亲核试剂,质子供体,能参与氧化还原反应,具有形成阳离子-π相互作用及与金属离子配位等功能。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,以及其他生物过程中具有关键作用。然而,酪氨酸类似物作为2D-IR探针专门引入蛋白质中尚未有研究。

  研究中,科研人员利用基因密码子扩展手段,实现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的活性位点实现了N3Y的基因掺入。DddK是一种金属酶,它能将地球上丰富的有机硫分子二甲基磺酰丙酸(DMSP)转化为二甲基硫化物(DMS,海洋硫循环中的一个中心分子,在气候调节中具有重要作用)。通过2D-IR测量及分子动力学计算研究证明DddK中心铁原子氧化还原态的变化对ps-fs时的水的动力学有较大影响,表明N3Y是一种对环境敏感的二维红外探针。

  中科院院士邹承鲁多年前做了观察研究,在加入低浓度的蛋白质变性剂导致酶活性完全丧失,而蛋白质的整体结构仍能保持完整。基于这些结果,提出了酶的柔性活性中心这一重要概念(Tsou,1993,Science),认为酶活性中心是高度柔性的结构。在本项研究中,低浓度变性剂的加入也强烈影响DddK活性位点的水动力学,而不引起蛋白质结构的整体变化。在DddK活性部位降低对水分子运动的限制与酶活性降低有关。该研究为低浓度的蛋白质变性如何显著降低酶活性位点对水的限制提供了新的见解,为低浓度的蛋白质变性试剂能够消除酶活性而不引起整体蛋白质结构的改变提供了机理研究基础。由于酪氨酸残基在许多关键酶中起重要作用,基因编码的2D-IR探针N3Y应该广泛适用于研究酪氨酸的多种功能以及ps-fs时间尺度酶活性位点动态对酶选择性和活性的影响,从而促进特定的化学反应。

  该研究由生物物理研究所,天津工业生物技术研究所、物理所和福建物构所合作完成。生物物理研究所核酸生物学重点实验室研究员王江云研究员、刘晓红,与物理所研究员李运良、福建物构所研究员庄巍为论文的共同通讯作者,生物物理所博士研究生汪莉、福建物构所研究生张佳、物理所研究生张璐,天津工生所助理研究员韩明杰、博士研究生陈超和助理研究员黄爱萍为论文的共同第一作者。研究工作得到科技部、国家自然科学基金委员会和中科院的支持,并获得生物物理所蛋白质科研平台的帮助。

基因编码二维红外探针研究酶活性中心柔性研究获进展

基因编码二维红外探针研究酶活性中心柔性

[ 责编:战钊 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 上海市档案馆展出隐蔽战线工作者红色珍档

  • “深江1号”盾构机掘进突破4000米

独家策划

推荐阅读
“激光不是自然光,它是人类创造的‘最准的尺’‘最利的刀’,更是能为人类需求精准调光的‘魔法师’。”1月6日,科学家精神百场讲坛在扬州大学开讲,中国科学院院士、天津大学教授姚建铨向现场听众分享了自己60年的科研历程与心得。
2026-01-07 02:30
以前医生判断大脑是否健康,需要进行磁共振检查,这个检查结果用的是西方人群的参考标准。
2026-01-07 02:30
硫化氢气味如臭鸡蛋,在天然气开采、炼油、煤化工中大量产生。它不仅有毒,更是形成酸雨的“元凶”之一。据统计,我国每年待处理的硫化氢约80亿立方米,全球规模更是巨大。如何安全、彻底地处理它,一直是工业界面临的巨大挑战。
2026-01-07 02:30
从生态环境部获悉,日前,南京环境科学研究所秦卫华、李中林、王涛研究团队在《布拉格国家昆虫博物馆馆报》上发表研究成果——西藏吉隆发现猎蝽科猛猎蝽属新物种吉隆猛猎蝽,我国青藏高原生物多样性数据库再添新成员。
2026-01-07 02:30
“人类工程与大自然的完美融合!”不久前,贵州花江峡谷大桥刚刚建成通车便火遍全网,各地游客纷至沓来,只为感受新晋世界第一高桥的壮观雄伟。
2026-01-07 02:30
“一张网”的构建是我国测绘地理信息事业转型升级的生动实践。
2026-01-06 09:53
具身智能作为人工智能与机器人科学交叉的前沿领域,是新一轮产业变革的技术引擎。
2026-01-06 02:45
我国首次航天员洞穴训练日前在重庆市武隆区圆满结束,28名航天员参加了这次训练。
2026-01-06 02:45
近日,国务院办公厅印发《关于加快场景培育和开放推动新场景大规模应用的实施意见》,意见明确要求构建高水平矿山安全生产智能化应用场景。
2026-01-06 03:05
拔尖创新人才的培养成长,与平台和环境密切相关。记者注意到,与长期以来以竞赛选拔为主导的“关门培养”模式不同,近年来越来越多的中学、高校开始设立新型实验班。这些实验班面向更多学子敞开大门,以综合素质培养为落脚点实施个性化育人,为拔尖创新人才成长发展开辟了新空间。
2026-01-06 03:05
我是一名铁路机车调试工,在中国中车株洲电力机车有限公司干了33年,摸过超过一千万根线缆,听过约十万次受电弓升起的声音。这些年,我带过不少刚毕业的学生,也面试过很多从院校走出来的年轻人。他们理论扎实、认真仔细,但一上手调试真车,常常“当场犯懵”。我发现一个问题:学校教的和现场用的,中间隔着一道“看不见的墙”。
2026-01-06 03:05
面对市场机遇,产业链上市公司正加速卡位布局,以技术升级主动迎接L3级自动驾驶的商业化浪潮。
2026-01-05 09:13
接下来,我们计划测量能量范围更为宽泛的质子能谱,最终覆盖4个量级的能量区间。
2026-01-05 09:08
国务院关于促进科技成果转化工作情况的报告近日提请十四届全国人大常委会第十九次会议审议。报告显示,“十四五”以来,我国科技成果转化实现量质齐升,有效推动科技成果向现实生产力转化。
2026-01-05 03:30
棉花是重要经济作物,其中,陆地棉的纤维产量超过全球总量的95%,在我国栽培广泛。陆地棉原产于美洲,在驯化改良过程中经历多次基因组重排。
2026-01-05 03:30
想象一下,机器的“眼睛”不仅能像人眼一样广阔扫视,还能瞬间锁定关键目标,进行精细“凝视”……或许,这将不再是科幻情景。
2026-01-05 03:30
“深海一号”气田是中国迄今为止自主开发的作业水深最深、地层温压最高、勘探开发难度最大、天然气产能最大的海上气田,最大作业水深超1500米。
2026-01-04 09:00
细胞膜蛋白是药物作用的关键靶点,而核酸适体是一类能够高特异性、高亲和力结合靶标分子的寡核苷酸。
2026-01-04 08:59
意见提出到2030年电网资源优化配置能力有效增强,“西电东送”规模超过4.2亿千瓦,新增省间电力互济能力4000万千瓦左右,支撑新能源发电量占比达到30%左右,接纳分布式新能源能力达到9亿千瓦,支撑充电基础设施超过4000万台。
2026-01-04 08:58
全国农业农村厅局长会议日前在北京召开。会议指出,2025年,各级农业农村部门扎实有力推进乡村全面振兴和农业强国建设重点工作,
2026-01-04 02:05
加载更多