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强离子氢键导致光活性黄色蛋白的光谱同位素效应。

Strong ionic hydrogen bonding causes a spectral isotope effect in photoactive yellow protein.

机构信息

Department of Physics, Oklahoma State University, Stillwater, Oklahoma.

出版信息

Biophys J. 2013 Dec 3;105(11):2577-85. doi: 10.1016/j.bpj.2013.10.017.

Abstract

Standard hydrogen bonds are of great importance for protein structure and function. Ionic hydrogen bonds often are significantly stronger than standard hydrogen bonds and exhibit unique properties, but their role in proteins is not well understood. We report that hydrogen/deuterium exchange causes a redshift in the visible absorbance spectrum of photoactive yellow protein (PYP). We expand the range of interpretable isotope effects by assigning this spectral isotope effect (SIE) to a functionally important hydrogen bond at the active site of PYP. The inverted sign and extent of this SIE is explained by the ionic nature and strength of this hydrogen bond. These results show the relevance of ionic hydrogen bonding for protein active sites, and reveal that the inverted SIE is a novel, to our knowledge, tool to probe ionic hydrogen bonds. Our results support a classification of hydrogen bonds that distinguishes the properties of ionic hydrogen bonds from those of both standard and low barrier hydrogen bonds, and show how this classification helps resolve a recent debate regarding active site hydrogen bonding in PYP.

摘要

标准氢键对蛋白质结构和功能至关重要。离子氢键通常比标准氢键强得多,并表现出独特的性质,但它们在蛋白质中的作用还不是很清楚。我们报告说,氢/氘交换会导致光活性黄色蛋白(PYP)的可见吸收光谱发生红移。我们通过将这种光谱同位素效应(SIE)分配给 PYP 活性部位的一个功能重要的氢键,扩展了可解释同位素效应的范围。这种 SIE 的符号和程度的反转是由氢键的离子性质和强度解释的。这些结果表明离子氢键对于蛋白质活性部位的重要性,并揭示了这种 SIE 的反转是一种新颖的、据我们所知的工具,用于探测离子氢键。我们的结果支持了一种氢键分类,该分类区分了离子氢键的性质与标准氢键和低势垒氢键的性质,并展示了这种分类如何有助于解决最近关于 PYP 活性部位氢键的争论。

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