ダウンヒルタンパク質折りたたみの基準：協調性の程度の抑制されたチェーンモデルの発熱量、シェブロンプロット、運動弛緩、およびシングル分子半径

BBLなどの小さなタンパク質の下り坂折りたたみの可能性の最近の調査は、非2つの状態の「バリアレス」折りたたみ/変性遷移の熱力学に焦点を合わせています。ダウンヒルの折り畳みは、非共術であり、熱力学的に「一方向」であり、エンタルピー、疎水性曝露、立体配座などの鎖特性を介した単型の立体構造分布によって支えられた現象です。対照的に、協調的な2状態の折りたたみの対応する分布は、十分に分離された集団ピークを備えたバイモーダルです。疎水性相互作用と水素結合と粗粒C（アルファ）モデルの協調性のさまざまな程度の粗粒C（アルファ）モデルを説明するスキームを3ヘリックスバンドルインで単純化した原子モデリングを使用すると、いくつかの観測可能性の有効性を評価します基礎となる分布の定義。バイモーダル分布は一般に、非モーダル分布と比較して、遷移中点でより高い熱容量ピークをもたらし、よりシャープな遷移につながります。ただし、シグモイド遷移の観察は、2つの状態の挙動の信頼できる基準ではなく、遷移のvan't hoffと熱量測定エンタルピーを決定するために使用される熱容量のベースラインは、あいまいさをもたらす可能性があります。興味深いことに、単一分子の回転半径の分布が利用可能である場合、単峰性とバイモーダルの基礎分布の差別が可能になることがわかります。ランジュビンダイナミクスを使用して、熱力学的非吸収性の運動的意味を調査します。かなりのシェブロンのロールオーバーにもかかわらず、考慮されたモデルの緩和は、拡張された範囲のネイティブ安定性に基づいて本質的に単一の明確なものです。実験と一致して、単一指数の挙動からの有意な逸脱は、強い折りたたみ条件下でのみ発生します。

Recent investigations of possible downhill folding of small proteins such as BBL have focused on the thermodynamics of non-two-state, "barrierless" folding/denaturation transitions. Downhill folding is noncooperative and thermodynamically "one-state," a phenomenon underpinned by a unimodal conformational distribution over chain properties such as enthalpy, hydrophobic exposure, and conformational dimension. In contrast, corresponding distributions for cooperative two-state folding are bimodal with well-separated population peaks. Using simplified atomic modeling of a three-helix bundle-in a scheme that accounts for hydrophobic interactions and hydrogen bonding-and coarse-grained C(alpha) models of four real proteins with various degrees of cooperativity, we evaluate the effectiveness of several observables at defining the underlying distribution. Bimodal distributions generally lead to sharper transitions, with a higher heat capacity peak at the transition midpoint, compared with unimodal distributions. However, the observation of a sigmoidal transition is not a reliable criterion for two-state behavior, and the heat capacity baselines, used to determine the van't Hoff and calorimetric enthalpies of the transition, can introduce ambiguity. Interestingly we find that, if the distribution of the single-molecule radius of gyration were available, it would permit discrimination between unimodal and bimodal underlying distributions. We investigate kinetic implications of thermodynamic noncooperativity using Langevin dynamics. Despite substantial chevron rollovers, the relaxation of the models considered is essentially single-exponential over an extended range of native stabilities. Consistent with experiments, significant deviations from single-exponential behavior occur only under strongly folding conditions.