青島能源所首次實現蛋白質中范德華作用的定量解析

　　蛋白質是生命體重要組成成分和生命活動的重要執行者，在蛋白質中存在多種非共價相互作用協同工作進而穩定蛋白質結構及實現蛋白質的功能。其中，范德華作用是一種不可忽視的作用力。通常范德華作用可以根據蛋白質中結構參數如側鏈基團之間的距離來推斷，但是在科學實驗中實現定量測量十分困難。

　　 J-耦合常數的檢測為研究范德華力提供了新的信息，理論計算方面已有相關報道，但直接的實驗檢測還未能實現。中國科學院青島生物能源與過程研究所蛋白質設計研究組研究出一種新的核磁共振方法，通過檢測蛋白質甲基基團碳原子與其它脂肪族側鏈碳原子之間的跨范德華力的J-耦合常數，首次實現了對蛋白質中范德華作用的定量解析。相關研究成果已發表于《美國化學會志》雜志上（JACS 2018,140: 3194.）。

　　該研究以IgG結合蛋白質GB3為研究對象，通過對亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸的甲基進行[13C, 1H]選擇性標記（對其它氨基酸進行[13C, 2H]標記），設計HMQC實驗脈沖序列，利用其較長的徑向弛豫時間來實現磁化矢量從甲基碳原子到脂肪族側鏈碳原子上的傳遞（如圖），從而實現跨范德華力的JCC-耦合常數測量（數值在~0.1-0.6 Hz之間）。進一步的量子力學計算表明，跨范德華力的JCC-耦合常數與范德華力的交換互斥力組分正相關（另一重要范德華力組分是色散作用力）。

　　該工作首次實現了蛋白質跨范德華力的JCC-耦合常數測量，并對其來源機制進行了解析，為證明蛋白質中范德華作用存在提供了直接的實驗證據，也為理解分析蛋白質中的非共價作用提供了新思路。

　　以上研究由青島能源所蛋白質設計研究組研究員姚禮山主持完成，獲得國家自然科學基金的支持，部分實驗在中科院合肥物質科學研究院穩態強磁場實驗裝置中完成。

　　論文信息：Jingwen Li,# Yefei Wang,# Liaoyuan An, Jingfei Chen, and Lishan Yao. Direct Observation of CH/CH van der Waals Interactions in Proteins by NMR, JACS, 2018, 140: 3194-3197.

圖：蛋白質內部跨范德華力的JCC-耦合常數測量