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，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而被广泛关注和研究。在过去的十多年间，LOV光受体的暗适态（D₄₄₇）的激发态动力学已经被广泛研究，但实验上对光适态（S₃₉₀）的研究直到最近才有报道。

实验研究发现来自枯草芽孢杆菌的蓝光光受体YtvA LOV的D₄₄₇和S₃₉₀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教授、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D₄₄₇和S₃₉₀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系间窜跃和T₁态氢迁移，和S₀态上无垒的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，然后内转化到S₀态，紧接着发生无垒的C4a-S键的复合。整个过程是超快的。这是理论上首次对YtvA LOV的S₃₉₀的激发态动力学进行计算研究。他们的研究工作为研究其它的蓝光光受体的光响应机制提供了重要的机理信息。

相关成果发表于《德国应用化学》: (Quantum Mechanics/Molecular Mechanics Study on the Photoreactions of Dark- and Light-Adapted States of a Blue-Light YtvA LOV Photoreceptor, X.-P. Chang, Y.-J. Gao, W.-H. Fang, G.L. Cui, and W. Thiel, Angew. Chem. Int. Ed., 2017，DOI: 10.1002/anie.201703487) 。北京师范大学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、和创新群体资助。