Validation of response function construction and probing heterogeneous protein hydration by intrinsic tryptophan.
Validation of response function construction and probing heterogeneous protein hydration by intrinsic tryptophan.
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响应函数构建并通过内在色氨酸探测异质蛋白水合的验证。
DOI：
10.1021/jp305118n
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发表时间：
2012-11-15
影响因子：
3.3
通讯作者：
Zhong, Dongping
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Qin, Yangzhong;Chang, Chih-Wei;Wang, Lijuan;Zhong, Dongping
蛋白质溶剂化动力学通常发生在多个时间尺度上，并且具有位置特异性，而这种非均相动力学的表征需要方便的光学探头。我们提出了一种色氨酸方法学，通过定点突变，我们可以使用色氨酸扫描来探测蛋白质表面周围的任何理想位置。在这里，我们报告了我们的扩展溶剂化模型，用于构建具有多个发射峰和寿命的色氨酸等探针的响应函数。通过直接映射飞秒分辨荧光光谱(3DFRES)和从荧光瞬变中构建FRES(2D)两种方法，我们展示了系统的构建过程，并仔细分析了初始超快分量与已建立的零时间发射光谱和有限时间分辨率的初始超快成分可能的缺失率。我们通过使用常规染料香豆素、内源性色氨酸和辅因子黄素重新检查溶剂化动力学(甲醇、水和蛋白质)，明确地验证了我们的扩展模型。利用GB1的突变蛋白，我们再次证明了蛋白质水化(溶剂化)的强大探针色氨酸的普遍性，以及水化层动力学的放缓，特别是在水-蛋白质界面。这些结果证明了我们扩展溶剂化模型的必要性，澄清了最近文献中蛋白质水合作用的混乱，并建立了色氨酸用于非均相蛋白质动力学的通用光学探针。
Protein solvation dynamics usually occur on multiple time scales with site specificity and the characterization of such heterogeneous dynamics requires a convenient optical probe. We proposed a tryptophan methodology and with site-directed mutagenesis we can use a tryptophan scan to probe any desirable position around protein surfaces. Here, we report our extended solvation model for construction of response functions for probes such as tryptophan with multiple emission peaks and lifetimes. We show our systematic construction procedure and careful analyses of the possible missing percentage of an initial ultrafast component with the established zero-time emission spectrum and limited temporal resolution through two methods of the direct mapping of femtosecond resolved fluorescence spectra (3D FRES) and the constructed FRES (2D) from the fluorescence transients. We unambiguously validate our extended model with reexamination of solvation dynamics (methanol, water and proteins) using conventional dye coumarin, intrinsic tryptophan and cofactor flavin. Using mutant proteins of GB1, we show again the generality of the powerful probe tryptophan for protein hydration (solvation) and the slowdown of the hydration layer dynamics especially at the water-protein interface. These results justify the necessity of our extended solvation model, clarify the confusion of protein hydration in the recent literature, and establish the universal optical probe of tryptophan for heterogeneous protein dynamics.
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