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研究发现:天青蛋白能够调整氧化还原电位

(Tuning redox potentials of a protein for energy conversions. A combination of water-repelling hydrophobicity (shown in red sphere) and hydrogen bonding interactions (shown in dotted orange lines) can fine-tune the redox potential of copper ion (shown in blue) in azurin in a wide range. )

 
     当前,自然界越来越多的生物化学反应为科学家提供新的研究思路,如设计应用于人工光合作用中心的蛋白质,开发能量转换的燃料电池催化剂等。而氧化还原反应是许多化学或生物反应的重要的组成部分。但是,如何在不改变蛋白酶的电子转移性能或效率的情况下,使电位调整到较大范围一直是个难题。

最近,美国伊利诺伊大学香槟分校Yi Lu教授主持的课题组完成了上述难题,研究报告发表于11月5日《Nature》杂志上。他们发现了两个重要的反应。疏水作用(hydrophobicity)和氢键(hydrogen bonding)能够微调(fine-tune)一种特殊的铜氧还蛋白(cupredoxins)的氧化还原电位,在自然电位的基础上拓宽了氧化还原电位的范围。

之前,科学家为了能拓宽金属蛋白的电位范围,需要用几种不同的氧化还原试剂,因而很难实现在不改变金属蛋白电子转移性能或效率的前提下调整氧化还原电位。而且,据研究人员介绍,一般来说,稳定且溶于水的还原剂很稀少,并且这些试剂还存在着电位范围有限等问题。因此,高效、易溶于水且电位范围较大的氧化还原剂在生化研究中需求量很大。

课题组对一种铜氧还蛋白——天青蛋白的砷酸盐还原酶进行分析,并通过改变该蛋白金属结合位点近端或远端的关键氨基酸,将这一蛋白分子的还原电位调整到远远超过自然电位之外。试验证明,这种经过修改的还原剂能在一个非常高和非常低的电位之间转换,该发现或许可用来设计人工光合作用中心或用于能量转换的人工燃料电池。(编译:高芳)

责任编辑:nina
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    摘要
    当前,自然界越来越多的生物化学反应为科学家提供新的研究思路,如设计应用于人工光合作用中心的蛋白质,开发能量转换的燃料电池催化剂等。而氧化还原反应是许多化学或生物反应的重要的组成部分。
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