mKeima红色荧光蛋白是生物医学成像中重要的荧光探针,可被紫光激发产生波长620纳米的红色荧光。它能够与青色荧光蛋白同时被紫光激发产生双色荧光，已被成功地应用于双色荧光互相关光谱检测中。X射线晶体结构学解析表明，自然状态下mKeima蛋白内同时存在顺式和反式两种结构的发光分子。这两种结构的荧光蛋白激发后的发光状态如何？是否都发射红色荧光？研究这些问题将有助于理解这类红色荧光蛋白的发光机理，发展具有更高稳定性和量子效率的红外荧光蛋白。
近日，上海科技大学物质科学与技术学院刘伟民课题组与合作者采用四种不同的超快激光光谱技术及量子化学计算方法，在飞秒(10-15秒)到纳秒(10-9秒)的时间尺度里以“分子电影”的形式向人们实时展示了光激发状态下mKeima荧光蛋白中发光分子的超快结构变化过程。实验观测到,蛋白中反式发光分子是产生620纳米红色荧光的主要来源；而顺式发光分子在激发后通过快速的结构扭转耗散掉了激发的能量，只在520纳米处产生极弱的荧光发射。基于上述实验发现，研究团队提出了优化蛋白结构提高荧光效率的新思路。
该成果作为杂志卷首插图文章（Frontispiece）发表于国际知名学术期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。上海科技大学物质学院刘伟民课题组2019级博士研究生王子钰、季泉江课题组2019级博士研究生张雅和美国俄勒冈州立大学方翀课题组博士后陈成为论文共同第一作者，刘伟民教授、黄逸凡教授、季泉江教授及方翀教授为共同通讯作者。上科大为第一完成单位。
文章卷首插图：展示mKeima红色荧光蛋白中发光分子被紫光激发后的动态过程，这些过程发生在飞秒到纳秒的时间尺度。
红色荧光蛋白mKeima
a)反式(tans)和b)顺式(cis)的蛋白结构
近期，刘伟民课题组还利用超快激光光谱实验技术发表了多项亮眼成果。课题组2018级本科生赵智渊和2021级博士研究生蒲瑞华分别研究了氧化石墨烯二维材料和新生儿黄疸病胆红素光疗有关的超快动力学现象，两项工作分别以页内封面发表于国际学术期刊The Journal of Physical Chemistry C (JPCC) 和The Journal of Physical Chemistry Letters(JPCL)，上科大均为第一完成单位。
上述工作展示了超快激光光谱技术的强大能力，为在微观尺度探究光生物、光物理化学过程中的超快结构动力学提供了有效的手段。
JPCC页内封面：提出光致还原氧化石墨烯机理的新见解
JPCL页内封面：揭示新生儿黄疸光疗中胆红素分子的原初光反应机制
Angewandte Chemie论文标题：
Mapping the Complete Photocycle that Powers a Large Stokes Shift RedFluorescent Protein
Angewandte Chemie论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202212209
JPCC论文标题：
Identification of Ultraviolet Photoinduced Presolvated Electrons in Water as the Reducing Agent in the Photoreduction of Graphene Oxide
JPCC论文链接:
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jpcc.2c07339
JPCL论文标题：
Investigation of Ultrafast Configurational Photoisomerization of Bilirubin Using Femtosecond Stimulated Raman Spectroscopy
JPCL论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.2c03535