崔剛龍老師與方維海老師Angew. Chem. Int. Ed.文章介紹 YtvA LOV藍(lán)光光受體光化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的QM/MM研究
光-氧氣-電壓（LOV）域是光活性蛋白的藍(lán)光敏感部分，參與調(diào)節(jié)植物、古生菌、真菌和細(xì)菌的光響應(yīng)行為，調(diào)節(jié)樹葉的氣孔開閉，以及控制植物的向光性。由于其光化學(xué)循環(huán)與能量轉(zhuǎn)化、信息處理等息息相關(guān)而被廣泛關(guān)注和研究。在過去的十多年間，LOV光受體的暗適態(tài)（D447）的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)已經(jīng)被廣泛研究，但實(shí)驗(yàn)上對(duì)光適態(tài)（S390）的研究直到最近才有報(bào)道。
實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)來自枯草芽孢桿菌的藍(lán)光光受體YtvA LOV的D447和S390有著截然不同的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)行為，但其微觀機(jī)理尚不清楚。最近，北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院崔剛龍教授、方維海教授、和德國(guó)馬普所Walter Thiel教授合作，利用高精度的QM/MM方法對(duì)D447和S390的光物理過程和光化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)全面的理論研究。他們發(fā)現(xiàn)D447態(tài)的光化學(xué)反應(yīng)大致分為前期的S1→T1系間竄躍和T1態(tài)氫遷移，和S0態(tài)上無壘的C4a-S成鍵過程。整個(gè)過程相對(duì)緩慢。S390態(tài)則不同，幾乎沒有T1態(tài)參與。光激發(fā)至S1態(tài)后，首先發(fā)生無壘的C4a-S鍵斷裂，生成雙自由基中間體，然后內(nèi)轉(zhuǎn)化到S0態(tài)，緊接著發(fā)生無壘的C4a-S鍵的復(fù)合。整個(gè)過程是超快的。這是理論上首次對(duì)YtvA LOV的S390的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行計(jì)算研究。他們的研究工作為研究其它的藍(lán)光光受體的光響應(yīng)機(jī)制提供了重要的機(jī)理信息。
相關(guān)成果發(fā)表于《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》: (Quantum Mechanics/Molecular Mechanics Study on the Photoreactions of Dark- and Light-Adapted States of a Blue-Light YtvA LOV Photoreceptor, X.-P. Chang, Y.-J. Gao, W.-H. Fang, G.L. Cui, and W. Thiel, Angew. Chem. Int. Ed., 2017，DOI: 10.1002/anie.201703487) 。北京師范大學(xué)常雪萍博士和高遠(yuǎn)君博士生為該工作的第一和第二作者。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目、重點(diǎn)國(guó)際合作項(xiàng)目基金、和創(chuàng)新群體資助。
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