蛋白質(zhì)是生命體重要組成成分和生命活動的重要執(zhí)行者，在蛋白質(zhì)中存在多種非共價相互作用協(xié)同工作進而穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)蛋白質(zhì)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(jù)蛋白質(zhì)中結(jié)構(gòu)參數(shù)如側(cè)鏈基團之間的距離來推斷，但是在科學實驗中實現(xiàn)定量測量十分困難。
J-耦合常數(shù)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(guān)報道，但直接的實驗檢測還未能實現(xiàn)。青島能源所蛋白質(zhì)設(shè)計研究組研究出一種新的核磁共振方法，通過檢測蛋白質(zhì)甲基基團碳原子與其它脂肪族側(cè)鏈碳原子之間的跨范德華力的J-耦合常數(shù)，首次實現(xiàn)了對蛋白質(zhì)中范德華作用的定量解析。相關(guān)研究成果已發(fā)表于Journal of the American Chemical Society雜志上（JACS 2018,140: 3194.）。
該研究以IgG結(jié)合蛋白質(zhì)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(shè)計HMQC實驗脈沖序列，利用其較長的徑向弛豫時間來實現(xiàn)磁化矢量從甲基碳原子到脂肪族側(cè)鏈碳原子上的傳遞（圖1），從而實現(xiàn)跨范德華力的JCC-耦合常數(shù)測量（數(shù)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(shù)與范德華力的交換互斥力組分正相關(guān)（另一重要范德華力組分是色散作用力）。
該工作首次實現(xiàn)了蛋白質(zhì)跨范德華力的JCC-耦合常數(shù)測量，并對其來源機制進行了解析，為證明蛋白質(zhì)中范德華作用存在提供了直接的實驗證據(jù)，也為理解分析蛋白質(zhì)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(zhì)設(shè)計研究組姚禮山研究員主持完成，獲得國家自然科學基金的支持，部分實驗在中國科學院合肥物質(zhì)研究院穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置中完成。（文/圖 李敬文 安遼原）
圖1. 蛋白質(zhì)內(nèi)部跨范德華力的JCC-耦合常數(shù)測量
附錄：
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.
