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JACS：中科院科學家在基因密碼子擴展模擬光合作用取得進展
瀏覽數：4940 發表于：2015-06-12
2015年6月3日訊 /生物谷BIOON/ --2015年5月29日，中國科學院生物物理所王江云與化學研究所夏安東等人合作在Journal of the American Chemical Society發表了最新研究論文報告了他們在基因密碼子擴展模擬光合作用研究方面的最新研究成果。在這篇題為“ Ultrafast Photo-induced Electron Transfer in Green Fluorescent Protein Bearing a Genetically Encoded Electron Acceptor”的最新研究成果中，科學家通過基因編碼的方法將一系列電子受體苯丙氨酸類似物引入綠色熒光蛋白，利用飛秒瞬態吸收光譜研究了綠色熒光蛋白中的光致電子轉移過程，為研究生物大分子中的光致電子轉移現象，及復雜還原酶的理性設計提供了有力工具。該研究將氟代硝基苯丙氨酸和間硝基苯丙氨酸兩種電子受體非天然氨基酸通過基因密碼子擴展手段定點插入到綠色熒光蛋白（GFP），首次實現了利用電子受體非天然氨基酸研究綠色熒光蛋白中的快速光致電子轉移過程，并且與化學所夏安東研究組合作，利用飛秒瞬態光譜測量到電子轉移發生在皮秒范圍（接近光系統I中最快的電子轉移步驟）。利用晶體結構研究測量了發色團到電子受體之間的距離，揭示了該電子轉移過程是距離依賴的過程（與光系統I一致）。并且該電子受體非天然氨基酸的氧化還原電勢與生物體內重要的氧化還原產物NAD(P)H，鐵硫中心A和鐵硫中心B類似，因此可為利用合成生物學手段模擬復雜還原酶（光系統I，氫酶，固氮酶等）進而研究其機制和模擬其功能提供新的方法。并且引入的氟原子還可用于對電子轉移進行EPR和NMR測定。
電子轉移（ET）是生物體中最基本的生化過程，例如光合系統和呼吸系統中的氧化還原反應均為電子傳遞過程。研究者一直在尋求利用生物元件實現對復雜系統中電子轉移及光致電荷分離進行高效可控的模擬，而如何基因編碼有效的電子受體是合成生物學中的主要瓶頸。已知自然界中的天然氨基酸均為電子供體，而目前基因編碼的用于研究電子傳遞過程的非天然氨基酸也均為電子供體。雖然也有金屬螯合能力的非天然氨基酸可作為電子受體，但由于銅離子有不能進入蛋白質內部，毒性及環境敏感等原因而無法被推廣。
