蛋白质核心与溶剂壳之间的动态平衡：超快血红素动力学揭示非血红素蛋白质中的能量流动

《The Journal of Physical Chemistry B》：Dynamic Balance between Protein Core and Solvent Shell: Ultrafast Hemin Dynamics Maps Energy Flow in Non-heme Proteins

能量传递机制研究在血红素蛋白中展开，通过飞秒瞬态吸收光谱发现HSA与BSA因结合口袋差异呈现不同能量松弛速率，β-LG因血红素位于单体界面导致溶剂接触更充分而传递更慢。实验环境涵盖水相、有机溶剂及表面活性剂（SDS/Brij35/CTAB）形成的胶束体系，发现亲脂溶剂加速能量耗散，表面活性剂改变介电环境，反向胶束通过空间约束调控能量传递路径。研究揭示外部微环境对生物能量动力学的关键调控作用。

　　

能量流动是驱动生物分子中各种关键过程（从催化作用到分子运输）的潜在力量。虽然血红素蛋白长期以来一直是快速能量耗散研究的焦点，但非血红素蛋白（以及那些缺乏内在辅因子的蛋白）中的超快能量流动在实验研究方面仍然相对较少。在本研究中，我们通过使用氯化血红素作为光受体，并利用飞秒瞬态吸收光谱技术，探究了人血清白蛋白（HSA）、牛血清白蛋白（BSA）和β-乳球蛋白（β-LG）中的能量流动情况。尽管HSA和BSA在结构上具有相似性，但由于它们的血红素结合口袋环境存在细微差异，因此血红素的松弛行为也有所不同。而在β-LG中，血红素在单体-单体界面处结合（从而破坏了其天然的二聚体状态），因此更易受到周围溶剂的影响，导致能量传递速度较慢。为了更深入地了解这一现象，我们还研究了血红素在水溶液、有机溶剂以及胶束环境（正常胶束和反胶束）中的动态行为，发现疏水性溶剂会加速能量松弛过程，而水则会减缓这一过程。表面活性剂如SDS（十二烷基硫酸钠）、Brij 35（聚氧乙烯(23)月桂基醚）和CTAB（溴化十六烷基三甲基铵）对影响能量流动的因素起到了重要作用；反胶束则在不同程度的限制条件下实现了更可控的能量耗散，模拟了生物体内的环境。这些发现表明，外部环境的微小变化能够显著改变能量动态。鉴于能量流动的重要性和普遍性，这类研究对于全面理解生理系统如何以最佳方式驱动各种生物过程至关重要。