近日，中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心-中國科學技術大學雙聘教授田長麟、中國科學技術大學教授張志勇及美國國家強磁場中心教授Likai Song密切合作，針對細菌氰根離子（CN-）解毒及跨膜轉運重要蛋白硫氰酸酶YgaP，通過系統構建位點特異性電子自旋標記（簡稱SDSL），應用電子順磁共振（簡稱EPR），特別是脈沖雙電子偶極耦合(簡稱DEER)方法，首次成功解析了YgaP的全長三維結構，并通過EPR動態特性、順磁增強分子易趨性分析、距離測量等分析方法研究了YgaP蛋白跨膜轉運酶催化產物硫氰根離子(SCN-)的分子機制。該研究成果以Structure of an E. coli integral membrane sulfurtransferase and its structural transition upon SCN−binding defined by EPR-based hybrid method 為題在線發表在《科學報告》雜志上(Sci. Rep. 6, 20025; doi: 10.1038/srep20025 (2016))。

　　膜蛋白三維結構分析一直以來都是結構生物學、細胞等生命活動重要分子機制研究的前沿科學問題。目前其主要研究方法有X射線晶體衍射、核磁共振和冷凍電鏡。這些方法有各自獨特的優勢，但也有其應用的局限性。近年來隨著電子順磁共振方法，特別是脈沖電子自旋共振方法的飛速發展，該方法越來越廣泛應用于研究膜蛋白，特別是真核膜蛋白的在不同功能狀態下的構象變化、動態特性及分子機制分析。EPR方法在膜蛋白研究中擁有獨特的優勢，包括比核磁共振高近三個數量級的靈敏度；對膜蛋白分子量大小無限制；獲得蛋白動力學信息；能檢測8埃到80埃的長程距離信息；能開展磷脂等類生理環境中的膜蛋白研究等。

　　該工作中，研究人員首先使用連續波（Continuous wave, CW）EPR方法（包括譜線分析、功率飽和等方法）獲得YgaP蛋白跨膜結構域的動力學和易趨性信息，從而得到YgaP跨膜結構域的二級結構特征；通過基于CW-EPR和脈沖DEER距離測量方法得到二體全長YgaP蛋白中單體內或單體間的距離約束信息；結合剛體(rigid-body)計算方法最終得到YgaP蛋白的三維結構。研究人員還應用EPR方法分析了YgaP蛋白與酶催化產物SCN-結合前后的動態特性和構象變化，結果表明YgaP蛋白第二跨膜螺旋（TMH2）在結合底物SCN-后運動性下降，TMH2間的距離變小。該研究為國際上首次報道綜合應用連續波、脈沖EPR及剛體計算方法的膜蛋白de novo結構解析和動態構象分析，并將為其他真核膜蛋白的結構研究提供一條新的途徑。

　　該項研究獲得合肥穩態強磁場實驗裝置電子自旋共振設備、美國國家強磁場實驗室電子自旋共振設施部的設備支持，在中國科技部國家重點科學研究基金、國家自然科學基金、中科院合肥大科學中心等項目支持下完成。