タンパク質の密接な距離の静電相互作用

2種類の非共有結合相互作用は、特異的および非特異的なタンパク質構造に存在します。非特異的相互作用は、ほとんどが疎水性およびファンデルワールスです。特定の相互作用は主に静電的です。疎水性効果はタンパク質の折りたたみの主要な駆動力ですが、静電相互作用はタンパク質の折りたたみ、安定性、柔軟性、および機能において重要です。ここでは、近距離の静電相互作用（塩橋）とタンパク質のネットワークの役割をレビューします。塩橋は、天然のタンパク質構造に反対に帯電した残基の空間的に近位のペアによって形成されます。多くの場合、塩橋残基はタンパク質配列に近く、タンパク質折りたたみの階層モデルと一致して、同じ二次構造要素、ビルディングブロック、自律折りたたみユニット、ドメイン、またはサブユニットに落ちます。また、最近の証拠は、主に疎水性界面の荷電および極の残基が結合のホットスポットとして機能する可能性があることを示唆しています。塩の橋は、柔軟なヒンジによって結合されたタンパク質部品全体にめったに見られません。これは、塩橋が柔軟性と動きを制限することを示唆する事実です。従来の化学的直観は、塩橋がタンパク質の安定性に好意的に寄与することを期待していますが、最近の計算および実験的証拠は、塩橋が安定したり不安定になったりする可能性があることを示しています。体系的なタンパク質の柔軟性により、小規模な側鎖および骨格原子の動きに反映されているため、塩橋とその安定性はタンパク質で変動します。同時に、ゲノム全体のアミノ酸配列組成、構造、および熱力学的比較とメソフィリ酸タンパク質は、塩橋などの特定の相互作用が熱性メソフィリ酸タンパク質の安定性の微分に大きく寄与する可能性があることを示しています。

Two types of noncovalent bonding interactions are present in protein structures, specific and nonspecific. Nonspecific interactions are mostly hydrophobic and van der Waals. Specific interactions are largely electrostatic. While the hydrophobic effect is the major driving force in protein folding, electrostatic interactions are important in protein folding, stability, flexibility, and function. Here we review the role of close-range electrostatic interactions (salt bridges) and their networks in proteins. Salt bridges are formed by spatially proximal pairs of oppositely charged residues in native protein structures. Often salt-bridging residues are also close in the protein sequence and fall in the same secondary structural element, building block, autonomous folding unit, domain, or subunit, consistent with the hierarchical model for protein folding. Recent evidence also suggests that charged and polar residues in largely hydrophobic interfaces may act as hot spots for binding. Salt bridges are rarely found across protein parts which are joined by flexible hinges, a fact suggesting that salt bridges constrain flexibility and motion. While conventional chemical intuition expects that salt bridges contribute favorably to protein stability, recent computational and experimental evidence shows that salt bridges can be stabilizing or destabilizing. Due to systemic protein flexibility, reflected in small-scale side-chain and backbone atom motions, salt bridges and their stabilities fluctuate in proteins. At the same time, genome-wide, amino acid sequence composition, structural, and thermodynamic comparisons of thermophilic and mesophilic proteins indicate that specific interactions, such as salt bridges, may contribute significantly towards the thermophilic-mesophilic protein stability differential.