在单分子水平上对酶催化动态进行实时电学监测

《Nature Communications》：Real-time electrical monitoring of enzymatic catalytic dynamics at the single-molecule level

　　

摘要

监测酶的结构动态对于阐明催化机制至关重要，然而在微秒到毫秒的时间尺度上发生的瞬态构象变化仍然难以用传统技术解析。在这里，我们通过测量单分子蛋白质的电导率来研究细胞色素P450 1A1（CYP1A1）在苯并[a]芘（BaP）代谢过程中的催化动态。我们发现，催化作用引起的α-螺旋结构重排以及血红素中心的氧化还原转变会调节电荷传输效率。BaP浓度与电导率之间存在负相关关系，这有助于构建动力学模型，得出的表观米氏常数为24.2-43.2 μM。实时电导率测量可以区分出与催化中间体相关的四种不同电导状态，并通过使用代谢中间体作为底物进一步确定这些状态。这些结果为理解BaP代谢中的解毒和激活途径提供了新的见解。这项工作证明了蛋白质电导率作为一种通用平台，可用于在单分子水平上研究酶的瞬态动态和动力学。