刘志杰课题组在钙调发光蛋白Obelin突变体激发态前后的

　　近日，由刘志杰课题组和俄罗斯科学院生物物理研究所Eugene S. Vysotski联合研究团队在生物发光蛋白方面的最新成果在Acta Cryst D在线发表。该研究题目为《Structures of the Ca²⁺-regulated photoprotein obelin Y138F mutant before and after bioluminescence support the catalytic function of a water molecule in the reaction》。这一研究成果是刘志杰课题组与俄罗斯国家科学院Vysotski团队在连续合作的15年中，在生物发光蛋白发光机制研究领域的又一成果。

　　文章指出引起海洋腔肠动物发光的钙调发光蛋白---腔肠素（coelenterazine），是由一条单肽链非共价结合2-过氧氢腔肠素（2-hydroperoxycoelenterazine ）组成， 该类生物体发光正是由于2-hydroperoxycoelenterazine的氧化脱羧反应形成激发态来实现的。该联合研究团队获得了高分辨率的突变体Obelin Y138F蛋白在激发前后两个状态下蛋白分子的晶体结构（分辨率达1.72?和1.30?）。通过结构比对分析，他们发现Y138F的突变虽然对蛋白总体构象没有产生较大影响，但是在蛋白发光反应中心的关键位点却引起了较大的变化：在野生型obelin蛋白发光反应中心的一个位置保守的水分子在Y138F结构的相应位置上缺失。但是，在经过钙离子诱导发光后的Y138F蛋白的晶体结构中，水分子重新出现在该位置上。这一结构现象也同我们观察到的突变体具有较缓慢的动力学现象相一致。基于以上研究，我们提出一个假设：水分子通过质子化dioxetanone阴离子催化2-hydroperoxycoelenterazine的氧化脱羧反应而形成蛋白的激发态，从而实现生物体的发光过程。尽管obelin与其它钙调发光蛋白具有不同的特性，但是该团队认为这类发光蛋白具有相似的发光机制。 

a． 非激发态野生型蛋白（黄色）和突变体蛋白（绿色）的三维结构比对

b． 激发态下野生型蛋白（棕色）与突变体蛋白（蓝色）的三维结构比对

c． 非激发态突变体蛋白活性位点表面示意图（蓝绿色圆点代表水分子）

d． 激发态下突变体蛋白活性位点表面示意图（蓝绿色圆点代表水分子）

　　该工作主要由中俄联合培养博士生Pavel V. Natashin完成，丁玮，Elena V. Eremeeva等参与完成了部分工作。该研究得到了国家自然科学基金委中俄合作项目和中科院与俄乌白科技合作专项经费的资助。 

　　全文链接：http://scripts.iucr.org/cgi-bin/paper?S1399004713032434 

（供稿：刘志杰课题组）