タイプVIIIベータターン形成の速度論と熱力学：GDNPテトラペプチドのCD、NMR、およびマイクロ秒の明示的分子動力学研究

シーケンスGDNPの設計されたペプチドを使用して、VIII型ベータターンに関する実験的および理論的研究を報告します。CDおよびNMRの研究は、このペプチドがVIIIベータターン型と拡張立体構造の間に平衡状態にあることを明らかにしています。広範なMDシミュレーションは、実験によって示唆された同じ2つの主要な立体構造を取得するペプチドの自由エネルギー景観の説明を提供します。2つの立体配座状態間の自由エネルギーの差は非常に少なく、それらの間の遷移は、ナノ秒タイムスケールで300 Kで数kt以内で発生します。平衡は主にエントロピーの寄与によって駆動され、ベータターンよりも拡張された立体構造を支持します。これにより、安定化相互作用が存在しない限り、拡張状態のより大きなエントロピーがあるため、ベータターンが水溶液でわずかに安定していることを示す他の理論的研究が確認されます。私たちの観察結果は、あらゆるタイプのベータターンに拡張され、タンパク質の折りたたみに重要な結果をもたらす可能性があります。MDとCDの結果を比較すると、200 nmの1つのメインバンド、ランダムコイルのそれに近いタイプVIIIベータターンCDシグネチャ、および220 nmのかなり大きな肩が示す可能性のある可能性が示唆されています。最後に、我々の結果は、XXXPモチーフがタイプVIIIベータターンにのみ折りたたむことができることを明確に示しています。これは、このタイプのターンに対するかなり強い傾向と一致しています。この重要な発見は、ペプチドの設計に役立つ可能性があり、生物活性エラスチンペプチドに関する最近の研究に沿っています。

We report an experimental and theoretical study on type VIII beta-turn using a designed peptide of sequence GDNP. CD and NMR studies reveal that this peptide exists in equilibrium between type VIII beta-turn and extended conformations. Extensive MD simulations give a description of the free energy landscape of the peptide in which we retrieve the same two main conformations suggested by the experiments. The free energy difference between the two conformational states is very small and the transition between them occurs within a few kT at 300 K on a nanosecond timescale. The equilibrium is mainly driven by entropic contribution, which favors extended conformations over beta-turns. This confirms other theoretical studies showing that beta-turns are marginally stable in water solution because of the larger entropy of the extended state unless some stabilizing interactions exist. Our observations may be extended to any type of beta-turn and have important consequences for protein folding. A comparison of our MD and CD results also suggests a possible type VIII beta-turn CD signature indicated by one main band at 200 nm, close to that of random coil, and a fairly large shoulder at 220 nm. Last, our results clearly show that the XXXP motif can only fold into a type VIII beta-turn, which is consistent with its fairly strong propensity for this type of turn. This important finding may help for peptide design and is in line with recent studies on bioactive elastin peptides.