玉米（Zea mays L.）是我國種植面積最大、總產最高的農作物，對我國糧食安全有著重要影響，因此對玉米中關鍵性蛋
白的深入研究對糧食增產和糧食安全至關重要。2021年11月，長治學院化學系雷海英老師研究團隊在SCI期刊RSC Advances
上發表了題為Study on the interaction of Zea mays L. centrin and melittin的研究論文，報道了玉米中心蛋白Zmcen與下游靶肽
melittin的作用機制，這為進一步闡明Zmcen在細胞分裂、細胞運動等重要生命過程中的作用機制提供了理論依據。
中心體蛋白(Centrin)是一類高度保守的鈣結合蛋白，也稱為Caltractin，是EF-hand超家族中鈣調素（Calmodulin,
CaM）的成員之一，廣泛存在于原核生物、真菌、植物和動物中。Centrin能結合不同大小、結構的多肽，并以多種方式調
控其活性，從而調節細胞的生命活動。有研究表明，Centrin是微管組織中心（microtubule organizing center，MTOC）
的組成部分，存在于MTOC的不同部位。Centrin在細胞分裂過程中主要發揮兩種功能，其中之一是MTOC的復制；另一種
功能是會隨著Ca2+濃度的變化而變化，從而調節MTOC的運動。目前高等植物中心蛋白的報道較少，而玉米中心蛋白的功
能研究尚屬空白。
在這篇文章中，研究人員使用圓二色譜和熒光光譜解析了玉米中心蛋白Zmcen與下游靶肽melittin結合前后的二級結構
變化。發現Zmcen與melittin結合后α螺旋的含量明顯增加，而且隨著melittin濃度的增加，在222 nm和208 nm處的峰值基
本沒有變化，說明Zmcen與melittin的結合比例為1:1。
隨后作者利用熒光光譜進一步探究了在Ca2+/TNS存在的情況下對Zmcen與melittin結合的影響。結果表明在Ca2+存在
時，Zmcen與melittin也是1:1結合，且熒光強度明顯大于Ca2+不存在時的結合熒光。推測這可能是由于Ca2+與蛋白質結合
后，蛋白質的構象發生了變化，從而暴露出大量的疏水區域。而當TNS存在時，Zmcen和melittin也有結合。但當Zmcen
與melittin的結合比達到1.0時，峰值強度下降，說明TNS的存在減弱了Zmcen與melittin的結合。
最后研究人員采用熒光光譜和Biacore檢測技術探究Zmcen和melittin的結合區域。熒光光譜結果顯示，Zmcen的C端
截短蛋白（C-Zmcen）和melittin以1:1的比例結合，而N端截短蛋白（N-Zmcen）與melittin的結合較弱，沒有明顯的相互
作用（如圖1所示）。
圖1. 熒光光譜檢測melittin與C-Zmcen和N-Zmcen結合
隨后作者又利用Biacore對上述結果進行了驗證。研究人員使用CM5芯片偶聯melittin蛋白（10mM acetate buffer, pH
5.0），然后將Zmcen（125, 250, 500, 750, 1000 nM）, C-Zmcen（250, 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000 nM）, N-Zmcen
（250, 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000 nM）按照濃度梯度進樣（30 μL/min, 120s）流過芯片表面。結果顯示，melittin與
全長的Zmcen蛋白的親和力為2.0665×10-6 M-1（圖2A），與C-Zmcen的親和力為2.8958×10-6 M-1（圖2B），而與N-Zmcen無
結合（圖2C）。此外，作為陰性對照的BSA蛋白與melittin蛋白相互作用的數據如圖2D所示。即使當BSA濃度為2000 nM時，
也不會與melittin發生相互作用。Biacore的數據與熒光光譜的結論一致，說明melittin在Zmcen上的結合位點主要在Zmcen的
C端。
圖2. Biacore檢測Zmcen與melittin結合的傳感圖
圖3. 文章整體思路
回顧文章整體思路，作者通過Biacore在分子水平上直觀地證實了Zmcen可與下游靶肽melittin相互作用，且主要的結合部
位在Zmcen的C端。研究人員在文章中明確指出，SPR技術可以實時動態監測整個反應過程的信號變化，在分析過程中無需對
樣品進行標記，所需要的樣品量極少，并且提供了傳統技術難以獲得的大量生物分子相互作用信息。本文的研究不僅解析了玉
米中Zmcen與melittin的作用機制，而且填補了在高等植物中有關Zmcen蛋白的研究空白。
自1990年上市至今，Biacore作為分子互作檢測的“金標準”，成功助力基礎科研與藥物開發等多個研究領域取得重大突
破，累積發表的文獻量已超五萬篇，超過 80% 的已上市的抗體藥物的研發、申報、生產過程中也均有 Biacore 的身影。
此外，Biacore 可檢測樣品的范圍十分寬泛，除了常規的蛋白、多肽、抗原、抗體、核酸、有機小分子之外，分子量
超高的蛋白復合體、多糖、納米材料、高分子材料、甚至完整的細胞、細菌、病毒等也同樣能夠檢測，并給出漂亮的數
據。
文章來源：Cytiva思拓凡公眾號