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YtvA LOV蓝光光受体光化学反应机理的QM/MM研究

光-氧气-电压(LOV)域是光活性蛋白的蓝光敏感部分,参与调节植物、古生菌、真菌和细菌的光响应行为,还可以调节树叶的气孔开闭以及控制植物的向光性。由于其光化学循环与能量转化、信息处理等息息相关,因而得到广泛的关注和研究。在过去的十多年里,LOV光受体暗适态(D447)的激发态动力学已经得到广泛的研究,但实验上对光适态(S390)的研究直到最近才有所报道。


实验研究发现,来自枯草芽孢杆菌的蓝光光受体YtvA LOV的D447S390有着截然不同的激发态动力学行为,但其微观机理尚不清楚。最近,北京师范大学化学学院崔刚龙方维海教授和德国马普所Walter Thiel教授合作,利用高精度的QM/MM方法对D447S390的光物理过程和光化学反应进行了系统全面的理论研究。他们发现D447态的光化学反应大致分为前期的S1→T1系间窜跃、T1态氢迁移和S0态无垒的C4a-S成键过程,整个过程相对缓慢。S390态则不同,几乎没有T1态参与。光激发至S1态后,首先发生无垒的C4a-S键断裂,生成双自由基中间体,然后内转化至S0态,发生无垒的C4a-S键复合,整个过程十分迅速。



该工作是理论上首次对YtvA LOV的S390激发态动力学进行计算研究,相关研究为探究其他蓝光光受体的光响应机制提供了重要的机理信息,并发表在Angewandte Chemie International Edition 上。北京师范大学的常雪萍博士和高远君博士生为该工作的第一和第二作者。该工作得到国家自然科学基金委优秀青年基金项目、重点国际合作项目基金和创新群体的资助。


该论文作者为:Dr. Xue-Ping Chang, Dr. Yuan-Jun Gao, Prof. Dr. Wei-Hai Fang, Prof. Dr. Ganglong Cui, Prof. Dr. Walter Thiel

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Quantum Mechanics/Molecular Mechanics Study on the Photoreactions of Dark- and Light-Adapted States of a Blue-Light YtvA LOV Photoreceptor

Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 9341, DOI: 10.1002/anie.201703487


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