近日，我所生物分子結構表征新方法研究組（1822組）王方軍研究員、劉哲益副研究員團隊與西南交通大學封順教授團隊合作，利用我所自主搭建的高能紫外激光解離—串聯質譜儀器，揭示了質子化氨基酸側鏈的正電荷在電噴霧離子化過程中影響蛋白質結構的分子機制，為質譜精確表征蛋白質高級結構提供了參考。
非變性質譜（nMS）是研究蛋白質及其復合物組成和高級結構的前沿質譜技術。在nMS分析中采用生物兼容溶液和非變性電噴霧離子化將蛋白質從液相轉移至氣相并保持高級結構和相互作用。然而帶正電荷的質子化氨基酸側鏈在失去水分子的溶劑化穩定作用后，會與空間接近的蛋白骨架羰基形成氫鍵，通過分子內溶劑化穩定側鏈正電荷。雖然有報道通過離子遷移—質譜檢測到了分子內溶劑化引起的蛋白質碰撞截面積變化，但是對其發生的具體位點和引起結構變化的區域仍然缺乏有效分析手段進行精確表征。
在本工作中，研究團隊利用我所自主搭建的高能紫外激光解離—串聯質譜儀器和蛋白質光解離質譜數據處理軟件系統，通過蛋白質紫外光解離碎片離子的價態分布和位點解離碎片產率分析，探測到肌紅蛋白帶電殘基側鏈分子內溶劑化的具體位點，以及對蛋白質結構影響的區域位置。團隊系統表征了不同價態（質子化數目）下的蛋白質結構差異，發現高電荷價態下蛋白質氣相結構易受分子內溶劑化效應的影響而偏離溶液態結構，低電荷蛋白質離子的氣相結構更加接近溶液狀態。研究團隊進一步證明，冠醚18C6與蛋白質帶電側鏈的絡合主要發生在溶液中，隨后在電噴霧離子化過程中起到穩定蛋白質結構的作用。紫外激光解離質譜分析揭示冠醚主要結合在蛋白質離子的高電荷密度區域，通過阻斷帶電側鏈的分子內溶劑化使蛋白質氣相結構更加接近溶液狀態。相關研究結果展示了高能紫外激光解離質譜在同時獲取蛋白質序列和動態結構信息中的顯著優勢，為nMS表征中蛋白質溶液結構的保持和高效表征提供了重要的理論和技術參考。
近年來，我所王方軍和肖春雷研究員通過交叉學科聯合創新攻關，在大連相干光源搭建了高能紫外激光解離—串聯質譜實驗線站，兼容50-150nm極紫外自由電子激光和193nm準分子激光解離模式，已在多肽（Anal. Chim. Acta，2021）、蛋白質（Cell Chem. Biol.，2022）、金屬團簇（J. Phys. Chem. Lett.，2020；Sci. China Chem，2022）等大分子體系的解離和結構表征中取得了系列研究成果。
相關研究成果以“Ultraviolet Photodissociation Reveals the Molecular Mechanism of Crown Ether Microsolvation Effect on the Gas-Phase Native-like Protein Structure”為題，于近日發表在《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上。該工作的共同第一作者是我所1822組聯合培養碩士研究生周伶強和劉哲益。（文/圖 劉哲益、周伶強）
