靜電相互作用在許多重要生物反應過程中起到至關重要的作用，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+的轉移等生物反應。但絕大多數(shù)蛋白質(zhì)都是在細胞中執(zhí)行其功能，復雜細胞環(huán)境可以擾動蛋白質(zhì)的靜電相互作用，這對蛋白質(zhì)功能的實施非常重要，但這種擾動能達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的蛋白質(zhì)設計研究組，在細胞內(nèi)原位定量測量蛋白質(zhì)靜電相互作用取得重要進展。該研究應用核磁共振技術和雙突變循環(huán)的(double mutational cycle，DMC)方法，測量了細胞內(nèi)IgG結合蛋白質(zhì)GB3中的8對電荷相互作用，并與在胞外條件測量的結果進行比較。研究結果表明，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）。進一步的研究表明，細胞內(nèi)蛋白質(zhì)靜電相互作用強弱與蛋白質(zhì)折疊轉移自由能有關，折疊態(tài)和解折疊態(tài)的轉移自由能都影響細胞內(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）。研究結果凸顯了在細胞內(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研發(fā)計劃項目、國家自然科學基金、山東省人才項目、中國科學院青促會項目和山東能源研究院科研創(chuàng)新基金等項目的支持。
圖2. 蛋白質(zhì)折疊轉移自由能（ Gtr）的性質(zhì)：A) 所有測量的GB3突變體的折疊轉移自由能; B)和C)分別為折疊轉移自由能和折疊態(tài)相對轉移自由能及解折疊態(tài)相對轉移自由能之間的相關性。
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).
