大腸菌チオレドキシンにおけるアルファヘリカルプロ残基の置換の構造的結果

タンパク質アルファヘリックスの内部へのプロ残基の導入が不安定であることはよく知られていますが、タンパク質アルファヘリックスの内部にPro残基の置換の構造的および熱力学的効果を調べた研究はほとんどありませんでした。以前に、温度範囲280-330 Kの1-1.5 kcal/molの大腸菌チオレドキシンのP40S変異体の安定性の増加を報告しました。この論文では、1.8 Aの分解能でのP40S変異体の構造について説明しています。-Type Thioredoxin、P40はヘリックス2の内部にあります。これは、残基32から49まで伸びる長いアルファヘリックスであり、残基40でキンクがあります。野生型とP40の構造の違いは、上記のヘリックスに大きく局在しています。P40S変異体では、S40のアミドと残基K36のカルボニルとの間に形成された追加の水素結合があり、S40の側鎖とK36のカルボニルの間に追加の水素結合があります。ヘリックスはねじれたままです。野生型では、主鎖水素結合は、44のアミドと40のカルボニル、および43のアミドと39のカルボニルの間に存在します。ただし、これらはp40sには存在しません。代わりに、これらの主要な鎖原子は水分子に結合しています。P40Sの安定性の増加は、ヘリックス2のE.Coliチオレドキシンの水素結合数の正味の増加によるものである可能性があります。

While it is well known that introduction of Pro residues into the interior of protein alpha-helices is destabilizing, there have been few studies that have examined the structural and thermodynamic effects of the replacement of a Pro residue in the interior of a protein alpha-helix. We have previously reported an increase in stability in the P40S mutant of Escherichia coli thioredoxin of 1-1.5 kcal/mol in the temperature range 280-330 K. This paper describes the structure of the P40S mutant at a resolution of 1.8 A. In wild-type thioredoxin, P40 is located in the interior of helix two, a long alpha-helix that extends from residues 32 to 49 with a kink at residue 40. Structural differences between the wild-type and P40S are largely localized to the above helix. In the P40S mutant, there is an expected additional hydrogen bond formed between the amide of S40 and the carbonyl of residue K36 and also additional hydrogen bonds between the side chain of S40 and the carbonyl of K36. The helix remains kinked. In the wild-type, main chain hydrogen bonds exist between the amide of 44 and carbonyl of 40 and between the amide of 43 and carbonyl of 39. However, these are absent in P40S. Instead, these main chain atoms are hydrogen bonded to water molecules. The increased stability of P40S is likely to be due to the net increase in the number of hydrogen bonds in helix two of E.coli thioredoxin.