タンパク質による分子認識における立体配座エントロピー

タンパク質による分子認識は、ほとんどすべての生物学的プロセス、特に細胞シグナル伝達の根底にあるタンパク質関連の基本です。タンパク質間相互作用の基礎を理解するには、関連性の熱力学の完全な特性評価が必要です。歴史的には、タンパク質関連エネルギーの潜在的に重要な成分であるタンパク質立体構造エントロピーの変化を実験的に推定することは事実上不可能でした。しかし、核磁気共鳴分光法は、タンパク質のダイナミクスを特徴付けるための強力なツールとして浮上しています。ここでは、立体構造エントロピーの対応する変化のプロキシとして、立体構造ダイナミクスの変化を採用しています。タンパク質カルモジュリンの内部ダイナミクスの変化は、さまざまなターゲットドメインを結合することで大きく異なることがわかります。驚くべきことに、対応する立体構造エントロピーの明らかな変化は、全体的な結合エントロピーの変化に直線的に関連しています。これは、タンパク質立体構造エントロピーの変化がタンパク質リガンド関連の自由エネルギーに大きく寄与する可能性があることを示しています。

Molecular recognition by proteins is fundamental to almost every biological process, particularly the protein associations underlying cellular signal transduction. Understanding the basis for protein-protein interactions requires the full characterization of the thermodynamics of their association. Historically it has been virtually impossible to experimentally estimate changes in protein conformational entropy, a potentially important component of the free energy of protein association. However, nuclear magnetic resonance spectroscopy has emerged as a powerful tool for characterizing the dynamics of proteins. Here we employ changes in conformational dynamics as a proxy for corresponding changes in conformational entropy. We find that the change in internal dynamics of the protein calmodulin varies significantly on binding a variety of target domains. Surprisingly, the apparent change in the corresponding conformational entropy is linearly related to the change in the overall binding entropy. This indicates that changes in protein conformational entropy can contribute significantly to the free energy of protein-ligand association.