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JACS|大連化物所：基于nMS表征影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的分子機(jī)制
近日，連化物所生物分子結(jié)構(gòu)表征新方法研究組（1822組）王方軍研究員、劉哲益副研究員團(tuán)隊(duì)與西南交通大學(xué)封順教授團(tuán)隊(duì)合作，利用我所自主搭建的高能紫外激光解離—串聯(lián)質(zhì)譜儀器，揭示了質(zhì)子化氨基酸側(cè)鏈的正電荷在電噴霧離子化過程中影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的分子機(jī)制，為質(zhì)譜精確表征蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)提供了參考。
非變性質(zhì)譜（nMS）是研究蛋白質(zhì)及其復(fù)合物組成和高級(jí)結(jié)構(gòu)的前沿質(zhì)譜技術(shù)。在nMS分析中采用生物兼容溶液和非變性電噴霧離子化將蛋白質(zhì)從液相轉(zhuǎn)移至氣相并保持高級(jí)結(jié)構(gòu)和相互作用。然而帶正電荷的質(zhì)子化氨基酸側(cè)鏈在失去水分子的溶劑化穩(wěn)定作用后，會(huì)與空間接近的蛋白骨架羰基形成氫鍵，通過分子內(nèi)溶劑化穩(wěn)定側(cè)鏈正電荷。雖然有報(bào)道通過離子遷移—質(zhì)譜檢測(cè)到了分子內(nèi)溶劑化引起的蛋白質(zhì)碰撞截面積變化，但是對(duì)其發(fā)生的具體位點(diǎn)和引起結(jié)構(gòu)變化的區(qū)域仍然缺乏有效分析手段進(jìn)行精確表征。
在本工作中，研究團(tuán)隊(duì)利用我所自主搭建的高能紫外激光解離—串聯(lián)質(zhì)譜儀器和蛋白質(zhì)光解離質(zhì)譜數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)，通過蛋白質(zhì)紫外光解離碎片離子的價(jià)態(tài)分布和位點(diǎn)解離碎片產(chǎn)率分析，探測(cè)到肌紅蛋白帶電殘基側(cè)鏈分子內(nèi)溶劑化的具體位點(diǎn)，以及對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)影響的區(qū)域位置。團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)表征了不同價(jià)態(tài)（質(zhì)子化數(shù)目）下的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)差異，發(fā)現(xiàn)高電荷價(jià)態(tài)下蛋白質(zhì)氣相結(jié)構(gòu)易受分子內(nèi)溶劑化效應(yīng)的影響而偏離溶液態(tài)結(jié)構(gòu)，低電荷蛋白質(zhì)離子的氣相結(jié)構(gòu)更加接近溶液狀態(tài)。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步證明，冠醚18C6與蛋白質(zhì)帶電側(cè)鏈的絡(luò)合主要發(fā)生在溶液中，隨后在電噴霧離子化過程中起到穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的作用。紫外激光解離質(zhì)譜分析揭示冠醚主要結(jié)合在蛋白質(zhì)離子的高電荷密度區(qū)域，通過阻斷帶電側(cè)鏈的分子內(nèi)溶劑化使蛋白質(zhì)氣相結(jié)構(gòu)更加接近溶液狀態(tài)。相關(guān)研究結(jié)果展示了高能紫外激光解離質(zhì)譜在同時(shí)獲取蛋白質(zhì)序列和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)信息中的顯著優(yōu)勢(shì)，為nMS表征中蛋白質(zhì)溶液結(jié)構(gòu)的保持和高效表征提供了重要的理論和技術(shù)參考。
近年來，我所王方軍和肖春雷研究員通過交叉學(xué)科聯(lián)合創(chuàng)新攻關(guān)，在大連相干光源搭建了高能紫外激光解離—串聯(lián)質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)線站，兼容50-150nm極紫外自由電子激光和193nm準(zhǔn)分子激光解離模式，已在多肽（Anal. Chim. Acta，2021）、蛋白質(zhì)（Cell Chem. Biol.，2022）、金屬團(tuán)簇（J. Phys. Chem. Lett.，2020；Sci. China Chem，2022）等大分子體系的解離和結(jié)構(gòu)表征中取得了系列研究成果。
相關(guān)研究成果以“Ultraviolet Photodissociation Reveals the Molecular Mechanism of Crown Ether Microsolvation Effect on the Gas-Phase Native-like Protein Structure”為題，于近日發(fā)表在《美國化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society）上。該工作的共同第一作者是我所1822組聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生周伶強(qiáng)和劉哲益。（文/圖 劉哲益、周伶強(qiáng)）
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