蛋白质是生命体重要组成成分和生命活动的重要执行者，在蛋白质中存在多种非共价相互作用协同工作进而稳定蛋白质结构及实现蛋白质的功能。其中，范德华作用是一种不可忽视的作用力。通常范德华作用可以根据蛋白质中结构参数如侧链基团之间的距离来推断，但是在科学实验中实现定量测量十分困难。　　J-耦合常数的检测为研究范德华力提供了新的信息，理论计算方面已有相关报道，但直接的实验检测还未能实现。青岛能源所蛋白质设计研究组研究出一种新的核磁共振方法，通过检测蛋白质甲基基团碳原子与其它脂肪族侧链碳原子之间的跨范德华力的J-耦合常数，首次实现了对蛋白质中范德华作用的定量解析。相关研究成果已发表于Journal of the American Chemical Society杂志上（JACS 2018,140: 3194.）。

　　该研究以IgG结合蛋白质GB3为研究对象，通过对亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸的甲基进行[¹³C, ¹H]选择性标记（对其它氨基酸进行[¹³C, ²H]标记），设计HMQC实验脉冲序列，利用其较长的径向弛豫时间来实现磁化矢量从甲基碳原子到脂肪族侧链碳原子上的传递（图1），从而实现跨范德华力的J_CC-耦合常数测量（数值在~0.1-0.6 Hz之间）。进一步的量子力学计算表明，跨范德华力的J_CC-耦合常数与范德华力的交换互斥力组分正相关（另一重要范德华力组分是色散作用力）。

　　该工作首次实现了蛋白质跨范德华力的J_CC-耦合常数测量，并对其来源机制进行了解析，为证明蛋白质中范德华作用存在提供了直接的实验证据，也为理解分析蛋白质中的非共价作用提供了新思路。

　　以上研究由青岛能源所蛋白质设计研究组姚礼山研究员主持完成，获得国家自然科学基金的支持，部分实验在中国科学院合肥物质研究院稳态强磁场实验装置中完成。（文/图 李敬文 安辽原）



图1. 蛋白质内部跨范德华力的J_CC-耦合常数测量

附录：

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.