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

  • 《为了民族解放与世界和平》主题展览面向公众开放

  • 第十七届中国国际现代化铁路技术装备展览会在京开幕

独家策划

推荐阅读
随着科技创新与产业创新深度融合,人工智能技术助力建材行业向更智能、更绿色、更高端方向变革。“通过数字化转型,建材企业可基本实现研发设计数字化、生产运营一体化、客户服务敏捷化,提升决策效率、协同能力和服务水平,快速提升生产力和核心竞争力。
2025-07-09 09:40
记者8日从湖南省自然资源厅获悉,通过创新地质找矿理论,经过长期勘探,湖南省郴州市临武县鸡脚山矿区已探获超大型蚀变花岗岩型锂矿床,共提交锂矿石量4.9亿吨,氧化锂资源量131万吨。
2025-07-09 09:39
根据国家卫生健康委8日晚间发布的通知,今后“颈深淋巴管/结—静脉吻合术”将不得应用于阿尔茨海默病治疗。“颈深淋巴管/结—静脉吻合术”是将颈部深层淋巴管或淋巴结与邻近的静脉进行吻合的手术,近年来部分医疗机构将其用于治疗阿尔茨海默病,引发争议。
2025-07-09 09:39
国家发展改革委、工业和信息化部、国家能源局日前发布《关于开展零碳园区建设的通知》。支持企业对标标杆水平和先进水平,实施节能降碳改造和用能设备更新,鼓励企业建设极致能效工厂、零碳工厂。
2025-07-09 09:37
近日,中国科学院近代物理研究所科研人员依托兰州重离子加速器冷却储存环,精确测量了极缺中子原子核硅-22的质量,实验发现硅-22的质子数14是一个新幻数。
2025-07-09 09:35
国家自然科学基金委员会7日发布消息,自然科学基金委近日制定重大非共识项目试点实施方案,将在2025年启动资助试点。
2025-07-08 09:20
近日,由农业农村部南京农业机械化研究所联合有关单位研制的全自动水稻覆膜插秧技术装备在江苏省靖江市投入使用,开启了我国水稻覆膜插秧新模式。
2025-07-08 09:11
日前,全球领先的720V高压固态钠盐电池,在位于内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗的建亨奥能科技有限公司正式量产,标志着中国成为全球第三个实现固态钠盐电池商用量产的国家。
2025-07-08 09:10
从国家自然科学基金委员会获悉,该委日前制定了重大非共识项目试点实施方案,将在2025年启动资助试点。
2025-07-08 05:05
什么是聚乳酸材料,在取代传统石化基塑料材料方面又有着怎样的优势?本期院士科普,让我们跟随中国科学院院士陈学思,一起走进生物降解高分子材料——聚乳酸的奇妙世界。
2025-07-07 14:19
科技的力量正让农民从传统体力劳动者向掌控全局的智慧决策者转变。
2025-07-07 12:33
在未来数十年,熟练使用人工智能很可能成为大多数职业的必备技能,并深刻影响就业市场。作为经济土壤中的“超级肥料”,新技术既带来传统岗位的替代,更促进新兴产业发展,直接创造新的岗位需求。
2025-07-07 09:12
抽水蓄能机组主要由发电电动机和水泵水轮机组成,利用山上山下两个水库进行水能和电能相互转换。
2025-07-07 09:11
回溯歼—10飞机研制历程,从立项、首飞到定型,历经数十载,“三滴油”看起来微不足道,却更加说明创新需要点滴用心、长期耕耘。
2025-07-07 09:10
从微小的夸克到浩瀚的宇宙,从生命的密码到自然的规律,科学这双“慧眼”不断重新定义着“可见”与“可知”的边界。从墓室中的真菌到实验室里的潜在新药,科学家用一套跨学科方法挖掘出这个隐藏在自然界的分子宝藏。
2025-07-07 09:08
在6日开幕的中国科协年会上,2025重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题正式发布。这凝聚科技界智慧的30项问题、难题“锁定”了哪些前沿领域的核心赛道?其遴选标准蕴含着怎样的科学智慧?带着这些问题,记者专访了丛斌、邹冰松、王小云、陈坚四位院士。
2025-07-07 03:10
2025全球数字经济大会2日在北京开幕。除收录标准的优势外,东壁全球科技文献数据平台还根据中国科技界与教育界的习惯,对所收录期刊进行了学科分类。
2025-07-04 09:55
超材料是一类具有特殊性质的人造材料,而具有热辐射性能的超材料可以把多余的热量“打包”传递到外界,热辐射超材料可广泛应用于零能耗辐射冷却、建筑节能降温、航天热控等诸多重要领域。
2025-07-04 09:53
中国科学院院士、海南大学生物医学工程学院教授骆清铭团队成功绘制出了小鼠三维脑区和立体定位图谱
2025-07-04 09:52
加载更多