【摘要】 需要开展更多工作来提高蛋白质的固有发光量子产率以增强其适用性，以及研究蛋白质中不发生辐射重组并构成主要部分的电荷分离激发态的命运。

曾报道过富含带电但缺乏芳香族氨基酸的单体蛋白质存在广泛的紫外可见电子吸收（250−800 nm），称为蛋白质电荷转移光谱（ProCharTS）[1]。具体而言，显示Lys/Glu侧链的阳离子氨基/阴离子羧酸根头基充当电子电荷受体/供体，用于从/到多肽主链或彼此之间的光诱导电子转移[2,3]。在这项工作中，我们证明这种激发会在源自重组电荷的蛋白质中产生微弱的固有发光。我们研究了具有不同丰度带电氨基酸的蛋白质水溶液，例如人血清白蛋白 (HuSA) 和母鸡溶菌酶，以及本质上无序的蛋白质，例如人 cMyc 蛋白的 PEST 片段、α-突触核蛋白和脱水蛋白。所有蛋白质样品的吸光度和发光度都是所用浓度 (0−50 μM) 的线性函数，证实它们源自单体物种。发光/[蛋白质]图的斜率与蛋白质中存在的带电氨基酸的分数直接相关。具体来说，HuSA 等蛋白质的较高斜率主要是由较大的摩尔消光系数而不是量子产率造成的。该系数与蛋白质中空间位置非常接近的带电侧链头基数量直接相关，由多肽的三维 (3D) 折叠贡献。 ProCharTS 发光参数在蛋白质中似乎是保守的。这些包括重叠的激发/发射光谱、随着激发波长的增加而减小的大斯托克斯位移（14 000−3000 cm−1）、表明辐射复合效率差的低量子产率（0.002−0.026）以及多指数衰减（平均寿命= 0.4− 2.9 纳秒）。在目前的工作中，比较了多个不同大小的单体蛋白质的蛋白质电荷转移状态产生的发光，这些蛋白质在其序列中具有不同丰富度的带电氨基酸。表明，所研究的所有蛋白质在观察到的发光中都有一些共同特征，特别是发射峰值波长、重叠的激发/发射光谱、相似的量子产率、相似的斯托克斯位移、相似的发光寿命和寿命分布。我们认为这种发光是由于蛋白质激发 CT 状态下电子空穴和电子之间的重组电荷而产生的。我们对富含电荷的蛋白质（如人血清白蛋白）的发光的观察表明，鉴于本研究中观察到的所有蛋白质的发光量子产率较差，摩尔消光系数在增强固有发光强度方面发挥了主要作用。据说，这种摩尔消光系数取决于蛋白质的 3D 折叠，使带电氨基酸的头部基团在空间上非常接近，在富含电荷的蛋白质的寡聚物/聚集体中可能会增强，并解释了它们的明亮的发光。需要开展更多工作来提高蛋白质的固有发光量子产率以增强其适用性，以及研究蛋白质中不发生辐射重组并构成主要部分的电荷分离激发态的命运。

(1) Han, X. X.; Huang, G. G.; Zhao, B.; Ozaki, Y. Label-Free Highly Sensitive Detection of Proteins in Aqueous Solutions Using SurfaceEnhanced Raman Scattering. Anal. Chem. 2009, 81, 3329−3333.

(2) Anastas, P.; Eghbali, N. Green Chemistry: Principles and Practice. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 301−312.

(3) Szmacinski, H.; Ray, K.; Lakowicz, J. R. Metal-Enhanced Fluorescence of Tryptophan Residues in Proteins: Application Toward Label-Free Bioassays. Anal. Biochem. 2009, 385, 358−364.

 

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