应用核磁共振技术研究环境因素对蛋白质静电的影响机制

Electrostatic interaction plays an important part role in biochemical reactions and biological processes, so the accurate measurement of electrostatic interaction and the understanding of electrostatic interaction are of great significance to study the relationship between structure and function of a protein. However, the measurement of electrostatic interaction has always been difficult. Our laboratory has developed a new method based on the nuclear magnetic resonance (NMR) technique to measure electrostatic interaction of the protein simply and accurately. In this project, we will study the environmental effects on the electrostatic interaction of the protein by this method. We will use hGRX and Calmodulin as the study systems, where amino acids with different side chain lengths will be introduced into different sites in proteins. By detecting the apparent dielectric constant at different temperatures, we will try to understand how temperature and the local environment affect the electrostatic interaction in the protein, and how the protein size and the solvent impact the dielectric constant. The project will improve the understanding of the environmental effects on electrostatic interaction and the relationship between the electrostatic interaction and the structure of the protein.

静电作用对于生物化学反应和很多生物过程至关重要，精确测量蛋白质静电作用并理解蛋白质的静电影响机制对于研究蛋白质的结构功能关系有着重要的意义。然而静电作用的测量一直是个难点。我们实验室发展了一种基于核磁共振技术的新方法，该方法能够简单精确的测量蛋白质的静电作用。本项目应用该方法研究环境因素对蛋白质静电作用的影响机制，我们以谷氧还蛋白hGRX和钙调蛋白Calmodulin为研究体系，在蛋白质表面不同位点引入侧链长度不同的氨基酸，检测不同温度下蛋白质不同位点的表观介电常数，研究温度对蛋白质静电作用的影响机制；研究表观介电常数与蛋白质大小之间的关系，探索溶剂对于介电常数的影响机制。本项目成功实施将完善用以检测静电作用的核磁共振方法，促进理解环境因素对于静电作用的影响，剖析静电作用与蛋白质结构的关系。

静电作用在生物系统中扮演着重要的角色，参与了生物体内大部分的生物化学反应。因此，精确测量蛋白质静电作用并理解蛋白质的静电影响机制对于研究蛋白质的结构功能关系有着重要的意义。本课题选择蛋白质静电作用作为研究内容，利用核磁共振技术测量蛋白质静电作用的新方法研究环境因素对蛋白质静电作用的影响机制。我们以GB3为研究对象，利用远程化学位移扰动的方法研究了细胞环境对蛋白质静电作用的影响，发现细胞环境削弱了蛋白质静电作用，结合实验数据提出细胞环境削弱静电作用的机制。我们优化了pKa滴定的方法，并使用该方法精确测量GB3盐桥不同温度下的强度，并利用分子动力学模拟蛋白质盐桥随温度的变化，最后我们解析了蛋白质盐桥的形成机制。我们以谷氧还蛋白hGRX和钙调蛋白Calmodulin为研究体系，通过测量不同温度和不同溶剂条件下蛋白质不同位点的表观介电常数，并结合分子动力学数据，解析温度、蛋白质大小及溶剂对蛋白质静电作用的影响机制。本项目的顺利实施将促进理解环境因素对蛋白质静电作用的影响机制。