復雜的非共價相互作用網絡對于維持蛋白質結構，實現蛋白質的功能至關重要。作為最常見的非共價作用，氫鍵網絡的耦合或者協同性是非常復雜的，相應的實驗研究也非常的困難。青島能源所仿真模擬團隊發展了一種基于NMR H-D交換方法成功檢測了IgG結合蛋白質GB3 -螺旋主鏈氫鍵的協同性。其主要原理是蛋白質主鏈氫鍵N-H...O=C由H交換成D后，其氫鍵強度會削弱，進而會引起其他氫鍵的響應，這種響應可以利用化學位移變化進行檢測。并通過點突變、pH調節、溫度調控來改變H-D的交換速度，將相應H-D的交換速度與氨基酸的化學位移變化進行擬合，進而可以定量描述不同氫鍵之間的協同關系。

　　研究結果表明：對某個位點i的氫鍵擾動會影響到i-3到i+3位點的六個氫鍵，這些氫鍵和位點i的氫鍵存在一個正協同效應（圖1）。進一步的量子化學計算表明，這一協同效應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而影響其所成氫鍵的強度。該工作首次實現了在蛋白質 -螺旋上的氫鍵協同性檢測。這一技術也可以用于 折疊片或者其他生物分子如DNA和RNA氫鍵協同性質的研究。

　　以上研究由青島能源所仿真模擬團隊姚禮山研究員主持完成，獲得國家自然科學基金的支持。

　　圖1、H-D交換引起的周圍氫鍵的響應

　　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.