酶蛋白表面非共价作用网络的可视化，谱学检测与分子设计

酶蛋白表面的非共价相互作用的残基之间存在关联，形成网络，这种网络结构在维持分子稳定中起着重要作用，是维持分子稳定的重要因素。目前尚缺乏此方面的系统研究。本项目选择脂肪酶为模型酶，从以下方面研究其表面非共价作用网络：1）通过序列残基关联统计分析（Statistical coupling analysis，SCA）和支持向量机（SVM）分类，研究非共价作用网络结构特征，并用可视化手段予以直观展示；2) 通过谱学研究检测蛋白表面非共价作用网络的存在及其在不同环境中的动态演变；3) 结合电子序列重排（Electrical sequence shuffling, ESS）和分子模拟方法，发展网络构建的原型系统；4）建立非共价作用网络的保守模型，设计耐热或能够在有机相中稳定存在的脂肪酶。本项目将系统揭示酶蛋白表面非共价作用网络的特征，结构类型与演变规律，为研究蛋白结构与酶学性质关系提供新思路。

本研究通过序列残基关联统计分析（Statistical coupling analysis，SCA）、支持向量机（SVM）分类、电子序列重排（Electrical sequence shuffling, ESS）、基因合成、体外表达以及圆二色谱 (circular dichroism, CD)等手段在微生物脂肪酶和甘露聚糖酶模型上，研究了蛋白质表面非共价作用网络结构特征，报道发现了如下结果：（1）由盐桥与氢键组成的蛋白表面非共价键网络可提高酶蛋白耐热性；（2）蛋白表面盐桥网络可以稳定酶蛋白在低温环境下的结构稳定，使其保持催化活性；（3）表面互作网络中的稳定作用主要是由盐桥而非氢键产生的；（4）蛋白表面盐桥网络的稳定作用主要是由递接的长程作用产生。上述结果显示了蛋白表面非共价作用网络对其结构稳定的重要性，初步揭示了蛋白质耐热及耐低温的机理，验证了研究起始提出的蛋白表面非共价作用网络影响蛋白结构稳定性的假说，为研究蛋白结构提供了新思路。