?子科生物報(bào)道：pH是幾乎所有在水溶液中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)的重要因素，在生命過程中起重要作用。生物體中有許多pH依賴的蛋白質(zhì)功能開關(guān)，可調(diào)控細(xì)胞的生理和生化過程，并可作為生物技術(shù)開發(fā)中的關(guān)鍵感應(yīng)器件和功能開關(guān)。

中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所代謝物組學(xué)研究組研究員馮銀剛帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，在能源微生物的一對相互作用蛋白質(zhì)模塊中發(fā)現(xiàn)一種獨(dú)特的pH依賴的雙結(jié)合位點(diǎn)切換現(xiàn)象，并闡明其化學(xué)和結(jié)構(gòu)機(jī)制。近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在Science Advances上。該研究揭示生物體系復(fù)雜精巧的調(diào)控機(jī)制，并為pH依賴的蛋白質(zhì)器件和生物材料開發(fā)提供新素材，在合成生物學(xué)和生物技術(shù)應(yīng)用中具有重要價(jià)值。

目前已知的pH依賴的蛋白質(zhì)構(gòu)象變化均是通過感應(yīng)pH變化實(shí)現(xiàn)“打開-關(guān)閉”式的開關(guān)切換控制，發(fā)現(xiàn)新型的pH依賴的蛋白質(zhì)互作方式具有科學(xué)應(yīng)用價(jià)值。代謝物組學(xué)研究組以一種高效降解木質(zhì)纖維素的多酶復(fù)合體“纖維小體”為對象開展研究，并在研究丙酮丁醇梭菌（一種產(chǎn)溶劑梭菌）的纖維小體時(shí)，發(fā)現(xiàn)全新的pH依賴的蛋白質(zhì)相互作用變化方式。

研究人員通過核磁共振技術(shù)發(fā)現(xiàn)該細(xì)菌中的一對纖維小體組裝模塊——粘連模塊和對接模塊，在低pH條件下會選擇性結(jié)合于一個(gè)位點(diǎn)，而在高pH條件下選擇性結(jié)合于另一個(gè)位點(diǎn)，從而形成在不同pH條件下兩個(gè)相互作用位點(diǎn)之間的切換（如圖）。研究人員利用核磁共振、X射線晶體學(xué)、微量熱與分子動力學(xué)模擬等多種生物物理技術(shù)，揭示這兩個(gè)蛋白模塊相互作用在pH依賴性方面的化學(xué)和結(jié)構(gòu)機(jī)制，即對接模塊上兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)的多對不對稱殘基，以及粘連模塊上結(jié)合位點(diǎn)處的一段富含負(fù)電的柔性區(qū)殘基的pKa漂移共同造成這對蛋白模塊相互作用的pH依賴的位點(diǎn)切換現(xiàn)象。

這種pH依賴的蛋白質(zhì)互作模式不同于其他已知的pH依賴性蛋白質(zhì)互作方式，揭示生命體中可能存在的復(fù)雜分子作用機(jī)制，并為生物材料開發(fā)、蛋白質(zhì)感應(yīng)器件設(shè)計(jì)、合成生物學(xué)元件設(shè)計(jì)等多種生物技術(shù)應(yīng)用提供嶄新的素材和方案。

青島能源所代謝物組學(xué)研究組致力于木質(zhì)纖維素降解利用和生物質(zhì)燃料開發(fā)，在高效降解木質(zhì)纖維素的分子機(jī)器“纖維小體”研究中取得多項(xiàng)成果，在高溫厭氧菌的遺傳改造、代謝工程和合成生物學(xué)開發(fā)方面，形成獨(dú)具特色的研究方向。該論文報(bào)道的研究成果是代謝物組學(xué)研究組在木質(zhì)纖維素降解利用和“纖維小體”研究中取得的成果。代謝物組學(xué)研究組博士生姚形哲、助理研究員陳超，蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)研究組副研究員王業(yè)飛是論文的共同第一作者；馮銀剛為論文通訊作者。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委、中科院及以色列科學(xué)基金會的資助。