揭示酪氨酸与色氨酸对人血红蛋白功能的重要性及其微环境结构模板的开发价值

这篇研究通过多工具联用阐明了人血红蛋白(HHb)中Tyr42和Trp14残基对结构稳定性的关键作用，创新性提出以血红素-Tyr42（第一簇）和Trp14-Tyr42-血红素（第二簇）作为HHb微环境的结构模板。实验证实这两个模板的DFT计算吸收光谱和FTIR特性与完整HHb高度吻合，为开发新型生物医学应用（如蛋白质传感器设计、模板化蛋白建模）提供了分子基础。

　　

Highlight

HHb的结构表征

通过RCSB PDB数据库获取HHb三维结构（PDB id: 2DN2），该四聚体包含两对非相同亚基A/C和B/D。使用PyMOL可视化显示（图1A），并分析亚基A/B中血红素5?范围内的氨基酸残基相互作用。

揭示HHb的紫外-可见吸收特性

Tyr、Trp和HHb的紫外吸收光谱叠加显示：Tyr在275 nm、Trp在279 nm有特征峰，而HHb在277 nm（芳香族侧链）和405 nm（Soret带）呈现典型吸收。光谱变化揭示了Tyr/Trp微环境与血红素电子态的协同作用。

结论

HHb的光谱特性主要由Tyr/Trp和血红素微环境调控。通过PyMOL、COACH服务器（活性位点预测）、RING服务器（残基相互作用网络）、CDD（保守域分析）及分子动力学(MD)模拟等多元技术，证实亚基A的Tyr42和Trp14对维持结构稳定性具有核心作用。将其突变甘氨酸(Gly)的实验进一步验证了二者对HHb理化性质、配体结合及二级结构的关键影响。提出的两簇微环境模板（血红素-Tyr42簇和Trp14-Tyr42-血红素簇）的DFT计算结果与实验数据高度匹配，为开发具有HHb功能的简化生物医学分子提供了创新策略。