タンパク質の折りたたみpsi値の解釈

遷移状態の構造特性は、タンパク質の折りたたみのメカニズムを理解するために不可欠です。Phi-value分析におけるタンパク質の安定性と折りたたみ速度論に対する変異の影響を分析することは、遷移状態における側鎖相互作用の存在に関する情報を得るために一般的に使用されます。最近、遷移状態の局所構造の形成を監視するために、リガンドの操作された結合部位への特異的結合が適用されました（PSI分析）。PSI分析からの驚くべき結果は、報告されたすべての研究に平行折りたたみ経路が存在し、同じタンパク質で測定されたPHIとPSI値の間の大きな矛盾が存在することでした。ここでは、ネイティブ、展開、および遷移状態の異なる解離定数を持つ可能性のある二分子反応の関与により、他の速度平衡自由エネルギー関係と同じ方法でPSI値を分析できないことを示します。結果として、PSI値は、Kappa = 0またはKappa = 1の極端な値に対してのみ、遷移状態の相対結合エネルギー（Kappa）を反映しています。他のすべてのケースで、非線形速度速度平衡自由エネルギー関係（Leffler Plot）が観察されます。これは、折り畳みが単一の均一な遷移状態で発生した場合でも、平行折りたたみ経路の存在を明らかに示しています。その結果、Lefflerプロットからの結果は、遷移状態の構造特性に関する情報を生成しません。これは、PSI分析の結果と、タンパク質の折り畳み遷移状態を特徴付けるために使用される他の方法との間の一致の欠如を説明しています。さらに、タンパク質の折り畳みに対するpHの効果の分析にも同じ考慮事項が当てはまることを示します。

The structural characterization of transition states is essential for understanding the mechanism of protein folding. Analyzing the effect of mutations on protein stability and folding kinetics in phi-value analysis is commonly used to gain information about the presence of side-chain interactions in transition states. Recently, specific binding of ligands to engineered binding sites was applied to monitor the formation of local structures in transition states (psi analysis). A surprising result from psi analysis was the presence of parallel folding pathways in all reported studies and a major discrepancy between phi and psi values measured in the same protein. Here, we show that psi values cannot be analyzed in the same way as other rate-equilibrium free energy relationships due to the involvement of bimolecular reactions that may have different dissociation constants for the native, unfolded and transition state. As a consequence, psi values reflect the relative binding energy (kappa) of the transition state only for the extreme values of kappa=0 or kappa=1. In all other cases, non-linear rate-equilibrium free-energy relationships (Leffler plots) are observed. This apparently indicates the presence of parallel folding pathways even if folding occurs over a single homogeneous transition state. Consequently, the results from Leffler plots do not yield information about the structural properties of the transition state. This explains the lack of agreement between results from psi analysis and other methods used to characterize protein folding transition states. We further show that the same considerations apply for the analysis of the effect of pH on protein folding.