扭曲发色团驱动的荧光蛋白氯离子传感器开启机制研究

研究人员通过超快电子/振动光谱技术与多参考态模拟相结合，揭示了ChlorON系列氯离子(Cl–)传感器的荧光开启机制。研究发现发色团扭转构象（而非传统认为的平面性）通过增强刚性显著提升荧光效率，为理性设计高性能荧光蛋白(FPs)生物传感器提供了新范式。

　　

在生物成像领域，荧光蛋白(FPs)作为革命性的基因编码探针，其发光机制的核心争议持续了二十年——究竟是发色团平面性还是构象刚性主导荧光效率？这项研究以新型氯离子传感器ChlorON1/3为模型，采用尖端超快光谱技术捕捉到令人惊异的发现：当氯离子结合后，ChlorON3发色团产生显著扭转，其荧光增强竟源于这种非常规构象带来的刚性提升。通过基于母体蛋白mNeonGreen晶体结构的全原子模拟，研究者首次证实相邻亮氨酸残基通过限制发色团振动，构建了高效的辐射跃迁通道。这一发现颠覆了"平面性决定荧光"的传统认知，为设计更明亮、可调谐的生物传感器提供了全新理论框架，其机理同样适用于光敏蛋白与发色蛋白的理性改造。