J. Am. Chem. Soc. | 快速氟烷基化用于蛋白质结构和动力学分析

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推荐一篇发表在JACS上的文章:Fast Fluoroalkylation of Proteins Uncovers the Structure and Dynamics of Biological Macromolecules,通讯作者是来自捷克科学院微生物学研究所的Petr Novák博士和他们组的Zdeněk Kukačka博士。他们课题组主要致力于开发新的基于质谱的化学方法,并将其应用于结构生物学以及信号转导相关方面的研究中。


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溶液中对蛋白质的修饰可以对蛋白表面的可及性以及反应性进行检测,从而推动蛋白质动力学和蛋白-蛋白相互作用以及蛋白-底物相互作用的研究。目前最常用的方法之一是利用氢氘交换,即通过蛋白质分子中的氢和周围重水中的氘交换,进一步使用核磁共振或质谱对肽段中的氘水平进行检测。然而,由于这种标记不稳定,具有可逆性,因而其对后续样品的分析有着比较严格的要求。为了避免分析过程中标记信号的丢失,科学家们开发了一系列共价标记策略,通过和氨基酸侧链发生不可逆的化学修饰从而提供稳定的分析信号,进而用于后续蛋白结构和蛋白复合物的表征中。虽然目前观察的修饰说与蛋白表面氨基酸的暴露程度有着比较好的相关性,可以用于结构的解析,但是仅限于对赖氨酸,精氨酸,组氨酸,色氨酸和酪氨酸等氨基酸侧链进行标记,空间分辨率受到了限制。后续发展的羟基自由基虽然可以和大多数氨基酸形成稳定的修饰,但是需要通过X射线同步辐射解离水分子实现。后续科学家们业发展了利用芬顿反应从而发生过氧化氢的分解实现标记,但是由于反应需要高的浓度铁盐以及EDTA作为络合配体可能会对蛋白本身结构造成影响,之后开发的基于紫外的蛋白快速光氧化策略成为蛋白质的结构研究的首选策略。虽然这种方法有着足够的空间分辨率,对于蛋白表面状态的绘制来说也是一种有效策略,但是目前依然缺乏简单廉价的蛋白共价标记方法,用于结构的测定。

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环状高价碘代氟烷基试剂(Togni试剂)可以在抗坏血酸处理的条件下发生氟烷基和芳香类氨基酸的偶联,从而实现对蛋白质的标记。基于此,作者开发了一种名为FFAP的快速氟烷基化的装置,可以在三秒中完成反应。该仪器包含三个注射泵和两个溶剂混合T型件。首先蛋白样品和Togni试剂预混,随后将抗坏血酸引入于混合室内,生成氟烷基,最后通过加入色氨酸容易终止反应。作者首先利用该策略对天然马心脏载脂蛋白(aMb)和全肌红蛋白(hMb)的进行标记和结构差异的检测,和之前报道的结果具有很好的相关性。在证明方法的可行性后,作者利用新方法对蛋白复合物结合珠蛋白(Hp)-血红蛋白(Hb)复合物的相互作用界面进行表征,并与之前报道的结构进行比对。他们发现,报道结构中相互作用界面上的氨基酸,其反应程度较低或未检测到反应,说明该方法也可以用于蛋白复合物结构的解析。最后作者利用FFAP方法对WrbA蛋白在存在或确实辅因子黄素单核苷酸(FMN)的两种结构进行解析,发现与已知的表面可及溶剂面积(SASA)具有很好的相关性。

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总之,本篇文章作者开发了一种简单的快速氟烷基化的装置,为后续结构生物学的研究提供了新的工具。

本文作者:YF
责任编辑:KLH
文章链接:https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.1c07771
原文引用:DOI: 10.1021/jacs.1c07771


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