タンパク質の寒さの変性の機械的要素

球状タンパク質は、十分な熱力学状態または化学的摂動がネイティブ環境に導入された場合に、変性状態に構造的な遷​​移を受けます。寒冷変性は、温度低下の結果としてタンパク質がコンパクトな折りたたみ構造を失うやや直感に反する現象です。現在受け入れられている寒冷変性の説明は、疎水性相互作用を弱め、最終的にポリマーエントロピーがタンパク質テルタリー構造を破壊することを可能にすると考えられる、寒い温度で水と非極性グループ間の接触自由エネルギーの関連する好ましい変化に基づいています。このペーパーでは、この環境摂動が、アポミョグロビンのタンパク質の水和の変化と局所的な動きにどのようにつながるかを探ります。これは、最初は310 Kでタンパク質の水分補給とタンパク質運動の変化を分析し、310 Kで温度低下し、タンパク質の周りの溶媒接触数、特にはっきりとした数の増加を観察します。非極性原子の周り。さらなる分析により、一部のタンパク質原子の変動は温度の低下とともに増加することが示されています。これには、タンパク質の等温圧縮率の観察された増加が伴い、タンパク質内膜空間の増加を示しています。綿密な検査により、圧縮率の向上と予想よりも大きい変動を伴う原子が、タンパク質コア領域内に局在していることが明らかになりました。これらの結果は、寒冷変性のメカニズムの説明に関する洞察を提供します。つまり、温度が低いため、タンパク質表面で溶媒誘発性の梱包欠陥につながり、このより好ましい水タンパク質相互作用は、全体的なタンパク質構造を不安定にします。

Globular proteins undergo structural transitions to denatured states when sufficient thermodynamic state or chemical perturbations are introduced to their native environment. Cold denaturation is a somewhat counterintuitive phenomenon whereby proteins lose their compact folded structure as a result of a temperature drop. The currently accepted explanation for cold denaturation is based on an associated favorable change in the contact free energy between water and nonpolar groups at colder temperatures which would weaken the hydrophobic interaction and is thought to eventually allow polymer entropy to disrupt protein tertiary structure. In this paper we explore how this environmental perturbation leads to changes in the protein hydration and local motions in apomyoglobin. We do this by analyzing changes in protein hydration and protein motion from molecular dynamics simulation trajectories initially at 310 K, followed by a temperature drop to 278 K. We observe an increase in the number of solvent contacts around the protein and, in particular, distinctly around nonpolar atoms. Further analysis shows that the fluctuations of some protein atoms increase with decreasing temperature. This is accompanied by an observed increase in the isothermal compressibility of the protein, indicating an increase in the protein interior interstitial space. Closer inspection reveals that atoms with increased compressibility and larger-than-expected fluctuations are localized within the protein core regions. These results provide insight into a description of the mechanism of cold denaturation. That is, the lower temperature leads to solvent-induced packing defects at the protein surface, and this more favorable water-protein interaction in turn destabilizes the overall protein structure.