金属蛋白中的金属离子或金属簇可与氨基酸侧链形成多种金属配位键,为蛋白质提供了独特的结构功能。了解金属配位键的机械性能对于理解金属蛋白的折叠机制及功能特性具有广泛的意义,为设计开发新的功能蛋白奠定理论基础。其中,血红素蛋白通过形成金属配位键携带铁离子,在电子转移等多种生物过程中发挥重要作用。细胞色素b562(Cyt b562)作为一种天然血红素蛋白,凭借其结构简单,高表达及含有血红素辅基等多种优势已成为当前研究蛋白质工程改造血红素蛋白功能特性的理想目标。在Cyt b562蛋白中,血红素辅基通过与蛋白形成Fe-S和Fe-N金属配位键实现非共价结合。利用定点突变引入特征基序-CXXCH-可将蛋白转变为c型蛋白Cyt c-b562,其血红素辅基除了形成金属配位键外,还可以与突变的Cys残基形成硫醚键共价连接,提高了蛋白结构的稳定性。本课题结合蛋白质工程和基于原子力显微镜的单分子力谱技术揭示了Cyt b562蛋白和其变体的机械展开机制及其中金属配位键的力学性质,在分子水平上阐明了血红素结合对蛋白结构稳定性的调节作用。研究结果表明,Apo-Cyt b562蛋白结构表现出低强度的机械稳定性。在结合血红素辅基后,蛋白的结构稳定性明显提高,在解折叠过程中优先从C端机械稳定性较弱（57 pN）的Fe-N（His102）键处发生断裂。Cyt c-b562蛋白由于存在共价硫醚键的缘故,使蛋白在超过105 pN的作用力下从N端7位氨基酸形成的铁配位键处发生断裂,显著地增强了蛋白结构的稳定性。最后,通过对比发现在蛋白质102位氨基酸残基处形成的不同铁配位键的力学性质存在细微差异,Fe-S配位键表现出较强的机械稳定性。本课题对于研究此类血红素蛋白的结构稳定性开辟了新途径,为设计开发新的功能蛋白奠定了理论基础。