[发明专利]3-咪唑基酪氨酸翻译系统及其应用

说明书

技术领域

本发明属于生物化学领域。具体地，本发明提供氨酰基-tRNA合成酶突变体，其含有的氨基酸序列选自由SEQ ID NO：2所示氨基酸和它们的保守性变体构成的组。本发明还涉及一种3-咪唑基酪氨酸((S)-2-氨基-3-(4-羟基-3-(1H-咪唑-1-基)苯基)丙酸，简写为imiTyr)翻译系统。更具体地，本发明涉及利用正交tRNA、正交氨酰基-tRNA合成酶和它们的配对将3-咪唑基酪氨酸定点特异插入目标蛋白质的3-咪唑基酪氨酸翻译系统，和利用所述翻译系统在目标蛋白质中定点特异插入3-咪唑基酪氨酸的方法。本发明还涉及用这种翻译系统和这种方法产生的含有3-咪唑基酪氨酸的突变蛋白质，例如，含有3-咪唑基酪氨酸的肌红蛋白突变体，以及含有3-咪唑基酪氨酸的突变蛋白质的应用。

背景技术

蛋白质是所有生命体及其生命活动的主要物质基础。在整个蛋白中，约有三分之一的蛋白都是一些含金属的蛋白，称为金属蛋白(Metalloprotein)或金属酶(Metalloenzyme)。血红素蛋白(Hemoproteins)就是其中一大类含有原卟啉IX(血红素，heme)作为辅基的金属蛋白，在生命体系中执行着重要的生物功能，如氧载体功能(血红蛋白Hb和肌红蛋白Mb)，电子传递功能(细胞色素b5，cyt b5和细胞色素c，cyt c等)，生物催化功能(细胞色素P450，cyt P450细胞色素c过氧化物酶，CcP等)，以及生物传感功能(CO传感器CooA和NO传感器sGC等)。虽然血红素蛋白具有迥然相异的生物功能，它们却拥有几乎相似的血红素辅基，和类似的蛋白质多肽链包裹血红素的蛋白分子组成方式。相同的heme辅基如何被不同的蛋白分子所利用，来执行不同的生物功能，一直是化学生物学和蛋白质化学研究领域所关注的重点。国内外众多的科研工作者进行了长期而广泛的研究，试图来解答这一问题，并通过对这一问题的解答来认识蛋白的结构-性质-反应-功能(structure-property-reactivity-function，SPRF)之间所蕴含的精妙关系。

血红素-铜氧化酶(HCOs)是既有血红素又有铜的双重结合中心蛋白，是一大类广泛存在于真核线粒体及细菌呼吸链上的末端氧化酶。这类蛋白可以接受来自底物的四个电子，并传递到一个氧气分子上，将氧气最终转化为两个水分子，而在此过程中不会产生活性氧(ROS)。其中血红素结合中心可与轴向的一个组氨酸配位，而铜结合中心(CuB)可与邻近的三个组氨酸配位，两个中心中的铜离子与铁离子距离约目前科学家们主要通过结构生物学，酶学，光谱，x-射线和拟生态模型等方法来对HCO的结构及功能进行研究，并且已经取得了巨大的突破，但是仍然存在一些重要的结构和机理方面的相关问题需要进一步探讨。例如，CuB在结合并激活氧气方面究竟起着什么作用？在血红素-铜结合中心，氧气浓度的降低如何伴随质子的传递或摄取？高分辨率的X-射线结构揭示了HCO的翻译后修饰使酪氨酸C6和相邻的组氨酸Nε2形成了共价交联，并且在细菌和哺乳动物中，该Tyr-His的共价交联结构都是保守的，证实其一定具有重要功能，但是目前关于该结构的确切功能还无人知晓。