ヒスチジンPKAのバルナーゼ上昇とタンパク質の安定性への寄与におけるヒスチジンと芳香の相互作用

芳香族側鎖は、多くのタンパク質とタンパク質複合体のヒスチジン残基の近くに見られます。バルナーゼの位置94でのヒスチジン残基（HIS18）と芳香族残基との相互作用を研究しました。TRP94がHIS18のプロトン化された形態とより強く相互作用することを示すために、3つの異なる手法が適用されています。芳香族ヒスチジンの相互作用は、非プロトン化と比較して、ヒスチジンのプロトン化型を0.8〜1 kcal mol-1で安定させ、それによってPKA値を増加させます。これは、野生型タンパク質と変異体Trp94 ---- leuの安定性のpH依存性から間接的に示されました。野生型バルナーゼと同じ変異タンパク質間のHis18のPKAの違いから、および低pHと高pHの両方でHis18とTRP94の総相互作用エネルギーを測定する二重変異体サイクルから直接。TRP94が他の芳香族アミノ酸に置き換えられると、相互作用の強度は、His-PheよりもHis-Tyrよりも大きいシリーズHis-TRPで減少します。相互作用は、高塩濃度によってマスクされていません。TRP94との相互作用によるHIS18のPKA値の上昇は、モデル化合物を使用した溶液研究と一致することが示されています。ヒスチジンと芳香族の相互作用は、ヒスチジンPKA値の調節のための結合と触媒に影響を与える可能性があります。

Aromatic side-chains are found in the vicinity of histidine residues in many proteins and protein complexes. We have studied the interaction between a histidine residue (His18) and aromatic residues at position 94 in barnase. Three different techniques have been applied to show that Trp94 interacts more strongly with the protonated form of His18. The aromatic-histidine interaction stabilizes the protonated form of histidine by 0.8 to 1 kcal mol-1 relative to the unprotonated and, thereby, increases its pKa value. This was shown indirectly from the pH dependence of the stability of the wild-type protein and the mutant Trp94----Leu; and directly from the difference in pKa of His18 between wild-type barnase and the same mutant protein, and from double-mutant cycles that measure the total interaction energy of Trp94 with His18 at both low and high pH. When Trp94 is replaced by other aromatic amino acids, the strength of the interaction decreases in the series His-Trp greater than His-Tyr greater than His-Phe. The interaction is not masked by high salt concentrations. The raising of the pKa value of His18 by interaction with Trp94 is shown to be consistent with solution studies with model compounds. The histidine-aromatic interaction could have implications in binding and catalysis for modulation of the histidine pKa value.