復(fù)雜的非共價(jià)相互作用網(wǎng)絡(luò)對(duì)于維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的功能至關(guān)重要。作為最常見的非共價(jià)作用，氫鍵網(wǎng)絡(luò)的耦合或者協(xié)同性是非常復(fù)雜的，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究也非常的困難。青島能源所仿真模擬團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種基于NMR H-D交換方法成功檢測了IgG結(jié)合蛋白質(zhì)GB3 -螺旋主鏈氫鍵的協(xié)同性。其主要原理是蛋白質(zhì)主鏈氫鍵N-H...O=C由H交換成D后，其氫鍵強(qiáng)度會(huì)削弱，進(jìn)而會(huì)引起其他氫鍵的響應(yīng)，這種響應(yīng)可以利用化學(xué)位移變化進(jìn)行檢測。并通過點(diǎn)突變、pH調(diào)節(jié)、溫度調(diào)控來改變H-D的交換速度，將相應(yīng)H-D的交換速度與氨基酸的化學(xué)位移變化進(jìn)行擬合，進(jìn)而可以定量描述不同氫鍵之間的協(xié)同關(guān)系。
研究結(jié)果表明：對(duì)某個(gè)位點(diǎn)i的氫鍵擾動(dòng)會(huì)影響到i-3到i+3位點(diǎn)的六個(gè)氫鍵，這些氫鍵和位點(diǎn)i的氫鍵存在一個(gè)正協(xié)同效應(yīng)（圖1）。進(jìn)一步的量子化學(xué)計(jì)算表明，這一協(xié)同效應(yīng)主要來源于靜電極化。該極化作用改變了形成氫鍵肽平面的偶極矩進(jìn)而影響其所成氫鍵的強(qiáng)度。該工作首次實(shí)現(xiàn)了在蛋白質(zhì) -螺旋上的氫鍵協(xié)同性檢測。這一技術(shù)也可以用于 折疊片或者其他生物分子如DNA和RNA氫鍵協(xié)同性質(zhì)的研究。
以上研究由青島能源所仿真模擬團(tuán)隊(duì)姚禮山研究員主持完成，獲得國家自然科學(xué)基金的支持。
圖1、H-D交換引起的周圍氫鍵的響應(yīng)
附錄：
Jingwen Li, Yefei Wang, Jingfei Chen, Zhijun Liu, Ad Bax, and LishanYao.Observation of -Helical Hydrogen-Bond Cooperativity in an Intact Protein.Journal of the American Chemical Society, 2016, 138, 1824-1827.
