2015年 2月11日，王江云研究组与美国伊利诺伊大学香槟分校Yi Lu课题组合作，在Journal of the American Chemical Society发表了题为“Defining the Role of Tyrosine and Rational Tuning of Oxidase Activity by Genetic Incorporation of Unnatural Tyrosine Analogs”的最新研究成果。该研究通过基因编码的方法将一系列类似酪氨酸的非天然氨基酸引入基于肌红蛋白的氧化酶，作为光谱探针研究含自由基的反应中间体，并通过改变pKa调节了氧化酶的酶活，揭示了酪氨酸质子传递能力对酶活的影响。
血红素-铜氧化酶是一类在呼吸链末端高效催化氧气还原为水的金属蛋白酶。在这类酶的活性中心有一个保守的酪氨酸。学术界认为这一残基在反应中贡献质子和电子，并在反应中生成自由基中间体。本研究通过基因编码的方法将一系列卤代酪氨酸引入基于肌红蛋白的氧化酶--一个前期建立的血红素-铜氧化酶模型中。研究通过测定含非天然氨基酸的突变体，揭示了氧化酶活性与酪氨酸的pKa存在线性关系。通过引入一系列非天然氨基酸，实现了在一定范围内调节氧化酶活性的目标，揭示了酪氨酸质子传递能力对酶活的影响。本研究发展了非天然氨基酸作为光谱探针的方法，利用含卤素和氘原子的非天然氨基酸具有不同电子顺磁共振信号的特点，确定了在与过氧化氢反应中生成的自由基源自活性中心的酪氨酸。这一研究直接证明了酪氨酸贡献质子能力与反应活性的联系，并提供了通过非天然氨基酸的插入提高酶活的方法，为金属蛋白的理性设计方面提供了新的研究工具。
图、通过非天然氨基酸研究氧化酶的酶活与酪氨酸pKa的关系。
该研究得到科技部国家重点基础研究973计划和国家自然科学基金委员会的资助。
全文链接：http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ja5109936
（供稿：王江云课题组）
