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分子动力学与突变研究揭示外源氨基酸对荧光蛋白发色团生物合成的影响

DOI：10.1016/j.jphotobiol.2020.111853 期刊：Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 酶活性位点中催化氨基酸与底物的精确定位是生物催化的关键因素。荧光蛋白（FPs）发色团的生物合成是一个必须符合这些要求的自催化过程。我们发现，除发色团邻近的内部氨基酸残基外，发色团生物合成还受β-桶结构外表面远端氨基酸的影响。先前研究表明，来自?？簦╖oanthus sp.）的红色荧光蛋白（zoan2RFP）发色团生物合成需经历未成熟绿色状态，而与该蛋白高度同源的绿色荧光蛋白（zoanGFP）其发色团生物合成的最终阶段即为绿色状态。另有研究显示，zoanGFP发色团形成序列中的单点N66D突变可能触发红色发色团合成，但该情况下红色发色团合成不完全且仅在高温下发生。本研究旨在揭示调控红色发色团生物合成的其他结构决定因素。通过比较zoanGFP与zoan2RFP，发现两者β桶内部存在五处氨基酸差异。对zoanGFP-N66D这五个位点进行饱和突变后，获得与zoan2RFP具有相同β桶内氨基酸组成的zoanGFPmut，该突变体仅在高温下呈现部分绿→红发色团转变。为阐明影响红色发色团生物合成的额外因素，我们对zoan2RFP和zoanGFPmut进行了分子动力学模拟比较，发现若干外部氨基酸可能影响这些蛋白中发色团周围氨基酸残基的排布与柔性。突变实验证实了这些残基对红色发色团生物合成的关键作用。最终获得的zoanGFPmut2表现出完全的绿→红转变，表明β桶表面突变的氨基酸有助于红色发色团生物合成。
作者： Alexey A. Pakhomov，Anastasiya Yu. Frolova，Valentin M. Tabakmakher，Anton O. Chugunov，Roman G. Efremov，Vladimir I. Martynov
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

揭示控制?？粲獾鞍字泻焐⑸派锖铣傻钠渌峁咕龆ㄒ蛩?/p>

研究成果

该研究发现长程相互作用在决定荧光蛋白活性位点中氨基酸残基的特定排列和灵活性方面具有重要作用，从而有助于理性设计具有更优特性的荧光蛋白。

研究不足

该研究的局限性在于经典分子动力学无法直接阐明催化机制，而仅聚焦于构象效应。初始的分子动力学数据尚不能详细解释长程相互作用对反应路径影响的机制。

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