来自武汉大学,中科院的研究人员针对细胞色素P450酶催化过程中氧离子转换这一问题,提出了新的作用机制,为为深入探索其中的生物功能奠定了基础。相关成果公布在Nature Communications杂志上。
文章的通讯作者是化学与分子科学学院雷爱文教授,雷教授主要研究方向为绿色有机化学,与生物研究的跨学科方向则为金属酶的作用机制以及活性中间体的研究,例如亚氯酸盐岐化酶、细胞色素P450和过氧化酶等。
细胞色素P450(cytochromeP450或CYP450,简称CYP450)是一类亚铁血红素―硫醇盐蛋白的超家族,它参与内源性物质和包括药物、环境化合物在内的外源性物质的代谢。在细胞中,这种酶主要分布在内质网和线粒体内膜上,作为一种末端加氧酶,参与了生物体内的甾醇类激素合成等过程。
近年来对细胞色素P450的结构、功能的研究有了较大的进展,也针对各种终端氧化物进行了P450s分子作用机制的研究,发现了一些中间体,但是氧原子如何从iodosylarene转移到底物上,仍是个未知数。
为了解开这个分子作用机制,在这篇文章中,研究人员利用直接紫外可见光谱分析法,在2,4,6-三-叔丁基苯酚作为还原剂的催化氧化过程中,发现了可溶性的iodosylarene锰卟啉加合物。当这种还原剂变为顺式-二苯乙烯(cis-stilbene)的时候,催化加速过程也会发生改变,能同时观察到iodosylarene锰卟啉加合物,以及[(porphyrin)Mn(V)=O]。如果缺乏这种还原剂,那么空间位阻 iodosylarene加和物就会立即形成,并且转变成高价化合物 [(porpyrinato)Mn=O]。
除此之外,研究人员还采用了电喷雾电离质谱(electrospray ionization mass spectrometry)技术进行深入分析,确证了上述转换现象,因此这项研究为解析含血红素酶作用系统中氧离子转换提出了一种作用新机制,也为深入探索其中的生物功能提供了基础。
电喷雾电离质谱技术ESI-MS由于可以产生多电荷峰,与传统的质谱相比扩大了检测的分子质量范围,同时提高了灵敏度,使一种M/Z限制在一定范围的四极质谱,就可以分析分子质量超过200ku的蛋白质,而且这一方法能产生一系列的多电荷峰,可以得到准确的分子量,它还可与HPLC和高效毛细管电泳(CE)分离方法相连接,扩大了质谱在生物领域的应用。
电喷雾现象的出现可以追溯到两个世纪之前,但真正把电喷雾作为一种电离方法的创新性的研究是由Dole等在大约30前开始的,他们研究的目的是用电喷雾来产生气态大离子。1984年Yamashita等把大气压电喷雾电离技术与四极质谱结合起来,同年,Alexandror把它和磁质谱结合起来。 1988年Fenn研究小组报道了用ESI-MS得到了带有45个正电荷分子量为40ku的蛋白质,随后ESI-MS在生物大分子的研究领域进入了一个全新的发展阶段。到目前为止,该法已经能够分析质量范围大约在200ku的蛋白质。
这项技术曾被用于轰击细胞,在细胞膜上打出非常微小的孔,这样外源的DNA分子能够通过这个孔进入细胞内。一分钟后,这种孔会闭合起来,即使再精巧的细胞都能在此过程中存活下来并且不会有损伤,十分有趣。 作者简介:
雷爱文
Lei Aiwen
出生年月:1973年8月
职称职务:教授、博士生导师
简历:
1995 年7月于安徽淮北煤炭师范学院获学士学位,2000年7月于中国科学院上海有机化学研究所获理学博士学位。 2000年9月至2003年8月,美国宾夕法尼亚州州立大学(Pennsylvania State University) 博士后。 2003年8月至2005年3月美国斯坦福大学(Stanford University)研究助理(Research Associate)。2005年3月回国到武汉大学化学与分子科学学院。
研究兴趣:
1. 小分子(如O2, N2O, H2O2, NH3, ClO2-等)的活化,旨在发展高效的、绿色的、和环境友好的合成方法学;
2. 发展过渡金属催化的高选择性、高效性的碳-碳、碳-杂原子键形成的方法
3. 金属酶的作用机制以及活性中间体的研究,例如亚氯酸盐岐化酶、细胞色素P450和过氧化酶