3月13日，《德國應用化學》雜志在線發表了*生物物理研究所王江云課題組和美國伊利諾伊大學香檳分校（University of Illinois at Urbana-Champaign）化學系陸藝教授課題組的合作研究成果：Dramatic Increase of Oxidase Activity through the Genetic Incorporation of Tyrosine-Histidine Crosslink in a Myoglobin Model of Heme-Copper Oxidase（Angew. Chem. Intl. Ed. DOI: 10.1002/anie.201108756）。該研究利用非天然氨基酸的定點插入，實現了用18kD 的肌紅蛋白模擬呼吸鏈中重要膜蛋白復合物*氧化酶。該工作提供了*氧化酶中保守翻譯后修飾Tyr-His功能的直接證據，是蛋白質設計領域的重要進展，并有望在生物能學中獲得重要應用。
*氧化酶（CcO）即呼吸鏈復合體IV是線粒體氧化呼吸的限速酶，它直接參與線粒體中氧氣的還原和質子梯度產生，它的損傷影響線粒體功能，導致大量產生活性氧。由于CcO在能量產生和調節中的重要地位，自被發現以來一直是生物研究領域中重要的研究課題。X-射線晶體結構衍射研究發現，哺乳動物或細菌中都含有經翻譯后修飾形成的Tyr-His 共價交聯，但因受技術手段的限制及缺乏直接的證據，對于共價交聯Tyr-His的確切作用目前仍是科學研究爭議的焦點。
通過人工進化的方法可以增加非天然氨基酸的新基因編碼。研究人員首先把無意密碼子“UAG”確定為新的遺傳密碼，然后對天然的組裝核糖核酸（tRNA）突變，使其含有反密碼子“CUA”。在此基礎上，從氨酰-tRNA合成酶突變庫中篩選出可專一結合這種tRNA和非天然氨基酸的氨酰-tRNA合成酶突變體。之后，將生命體中mRNA上任意一個遺傳密碼取代為UAG，并在培養基中加入化學合成的非天然氨基酸，就可以在蛋白質中相應的位置插入有特殊物理性質、化學性質的非天然氨基酸。
本研究首先篩選得到了對含有Tyr-His共價交聯特征元素的3-咪唑基*特異性識別的氨酰-tRNA合成酶，并將該非天然氨基酸插入到了模型蛋白Myoglobin中。再將Mb活性中心空穴內的氨基酸Leu29突變成His，Phe33突變為3-咪唑基*，實現了催化還原氧氣轉化為水分子，產生小于6%的活性氧，催化轉化數超過1000，催化劑未出現明顯降解。
作為對照，研究人員構建了突變體Leu29His/Phe33Tyr/Phe43His （F33YCuBMb），其中，29位、43位和64位His可以形成一個銅離子結合位點，而33Tyr和43His在Mb上的位點及結構與imiTyrCuBMb中33位imiTyr的咪唑基團及酚基團類似，但沒有形成共價交聯。相比imiTyrCuBMb，F33YCuBMb將50%的O2轉化成了ROS。這一研究結果表明了Tyr-His翻譯后修飾共價交聯的重要性。在此基礎上，研究人員將能進一步利用非天然氨基酸定點插入及定向進化提高*氧化酶模型蛋白的活性，并將其應用到生物電極中。
