Direct observation of disulfide isomerization in a single protein

化学 异构化 亲核细胞 半胱氨酸 二硫键 分子 硫醇 劈开 劈理(地质) 残留物(化学) 光化学 邻接 有机化学 催化作用 生物化学 工程类 岩土工程 断裂(地质)
作者
Jorge Alegre‐Cebollada,Pallav Kosuri,Jaime Andrés Rivas‐Pardo,Julio M. Fernández
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:3 (11): 882-887 被引量:135
标识
DOI:10.1038/nchem.1155
摘要

Photochemical uncaging techniques use light to release active molecules from otherwise inert compounds. Here we expand this class of techniques by demonstrating the mechanical uncaging of a reactive species within a single protein. We proved this novel technique by capturing the regiospecific reaction between a thiol and a vicinal disulfide bond. We designed a protein that includes a caged cysteine and a buried disulfide. The mechanical unfolding of this protein in the presence of an external nucleophile frees the single reactive cysteine residue, which now can cleave the target disulfide via a nucleophilic attack on either one of its two sulfur atoms. This produces two different and competing reaction pathways. We used single-molecule force spectroscopy to monitor the cleavage of the disulfides, which extends the polypeptide by a magnitude unambiguously associated with each reaction pathway. This allowed us to measure, for the first time, the kinetics of disulfide-bond isomerization in a protein. Multiple redox reaction pathways exist in proteins containing several cysteines. A technique termed mechanical uncaging is now demonstrated, allowing the release of a single reactive cysteine within a protein and the unequivocal observation of subsequent thiol/disulfide exchanges. Mechanical uncaging of reactive groups is useful for studying chemical kinetics in a synchronized manner.

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