靜電相互作用在許多重要生物反應(yīng)過程中起到至關(guān)重要的作用，如酶催化、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用、蛋白質(zhì)-DNA/RNA相互作用和H+的轉(zhuǎn)移等生物反應(yīng)。但絕大多數(shù)蛋白質(zhì)都是在細(xì)胞中執(zhí)行其功能，復(fù)雜細(xì)胞環(huán)境可以擾動(dòng)蛋白質(zhì)的靜電相互作用，這對蛋白質(zhì)功能的實(shí)施非常重要，但這種擾動(dòng)能達(dá)到何種程度目前尚不清楚。
近日，青島能源所姚禮山研究員帶領(lǐng)的蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)研究組，在細(xì)胞內(nèi)原位定量測量蛋白質(zhì)靜電相互作用取得重要進(jìn)展。該研究應(yīng)用核磁共振技術(shù)和雙突變循環(huán)的(double mutational cycle，DMC)方法，測量了細(xì)胞內(nèi)IgG結(jié)合蛋白質(zhì)GB3中的8對電荷相互作用，并與在胞外條件測量的結(jié)果進(jìn)行比較。研究結(jié)果表明，蛋白質(zhì)GB3中5對電荷的靜電相互作用沒有明顯變化，另外3對電荷的靜電相互作用減弱了70%以上（圖1）。進(jìn)一步的研究表明，細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)靜電相互作用強(qiáng)弱與蛋白質(zhì)折疊轉(zhuǎn)移自由能有關(guān)，折疊態(tài)和解折疊態(tài)的轉(zhuǎn)移自由能都影響細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)靜電相互作用，盡管后者通常比前者的影響更大（圖2）。研究結(jié)果凸顯了在細(xì)胞內(nèi)直接研究蛋白質(zhì)相互作用和蛋白質(zhì)功能的重要性。
上述工作近日發(fā)表于《Journal of the American Chemical Society》雜志上。第一作者是青島能源所的副研究員宋鄉(xiāng)飛和博士生王夢婷，通訊作者是青島能源所的姚禮山研究員。該工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、山東省人才項(xiàng)目、中國科學(xué)院青促會(huì)項(xiàng)目和山東能源研究院科研創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的支持。
圖2. 蛋白質(zhì)折疊轉(zhuǎn)移自由能（ Gtr）的性質(zhì)：A) 所有測量的GB3突變體的折疊轉(zhuǎn)移自由能; B)和C)分別為折疊轉(zhuǎn)移自由能和折疊態(tài)相對轉(zhuǎn)移自由能及解折疊態(tài)相對轉(zhuǎn)移自由能之間的相關(guān)性。
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.1c10154
Xiangfei Song#, Mengting Wang#, Xiaoxu Chen, Xueying Zhang, Ying Yang, Zhijun Liu, and Lishan Yao*, Quantifying Protein Electrostatic Interactions in Cells by Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, Journal of the American Chemical Society, 2021 (DOI: 10.1021/jacs.1c10154).
