电荷重组引起的单体蛋白弱本征发光

近年研究发现，特定结构的单体蛋白质在紫外-可见光区（250-800nm）展现独特吸收特征，这一现象被命名为蛋白质电荷转移光谱（ProCharTS）。尤其值得关注的是，Lys/Glu等带电氨基酸侧链在多肽主链间形成的电荷转移网络，为揭示蛋白质弱本征发光机制提供了新视角（见图1A）。

图1 ProCharTS吸收光谱及消光系数图

核心机制：电荷重组驱动发光

实验证实，当蛋白质携带密集的带电氨基酸时，光诱导电子转移会产生微弱发光。以人血清白蛋白（HuSA）为例，其404nm处的特征峰（图1D）及长尾吸收，证实了赖氨酸-谷氨酸空间相互作用的特异性。

关键发现：三类蛋白质发光特性对比

1.折叠高密度型（HuSA/α3C）

• 带电残基占比＞25%
• 吸收光谱覆盖全波段（250-800nm）
• 量子产率稳定在0.03±0.005

2.折叠低密度型（HEWL）

• 带电残基＜15%
• 320nm后吸收锐减（图1E）
• 发光强度降低60%

3.无序结构型（PEST片段/α-synuclein）

• 空间相互作用弱
• 吸收强度仅为折叠蛋白的1/3
• 斯托克斯位移达120nm

实验验证：浓度依赖性的双重证据

通过梯度浓度测试（HuSA 1-200μM，α-synuclein 0-40μM）发现：

• 吸光度与浓度呈严格线性关系（R²＞0.99）
• 发光强度/[蛋白]比值与带电残基密度正相关
• 排除聚集干扰：50μM以下保持单体态（图2）

图2蛋白质间吸光度与浓度线性关系图:不同浓度的HuSA(峰值在404 nm)和α-突触核蛋白的吸收光谱分别如图a和C所示。HuSA (B)和α-Synuclein (D)在不同波长下的吸光度分别为1µM ~ 200µM的HuSA和10µM ~ 40µM的α-Synuclein。

技术突破：排除传统干扰因素

针对250-325nm波段与芳香族氨基酸吸收重叠的问题：

• 采用PESTwt等无芳香族蛋白建立参照系
• 通过氨基酸簇对照实验（图1B）验证ProCharTS特异性
• 确认600nm以上吸收源自Lys-Glu互作

参考文献：[1] J. Phys. Chem. B 2020, 124, 2731−2746

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