尿素を介したタンパク質の変性：コンセンサスとしての見解

8 m尿素における3つの構造的に類似した小さな球状タンパク質の全原子分子動力学シミュレーションを実行し、結果を純粋な水性シミュレーションと比較しました。タンパク質の変性の前には、最初の溶媒和シェルからの最初の水の損失と、その結果としてタンパク質に対する尿素の流量があります。尿素は、主に分散相互作用からのかなりの寄与と静電的相互作用のために、タンパク質の最初の溶媒和シェルに到達します。尿素は、タンパク質 - タンパク質の接触がタンパク質とタンパク質の接触がタンパク質との接触よりも安定している純水の状態の逆であるタンパク質 - 尿素接触よりも安定性が低いタンパク質 - タンパク質の接触を少ないタンパク質と接触させることにより、ネイティブから変性アンサンブルの平衡をシフトします。。また、水が尿素に続いており、変性の後期段階でタンパク質の内部に到達し、尿素はタンパク質の異なる部分を優先的かつ効率的に溶解することがわかりました。水素結合、親水性残基との好ましい静電的相互作用、および疎水性残基との分散相互作用を介したタンパク質骨格の溶媒和は、尿素がタンパク質のコアを侵入し、それを変性させる重要なステップです。タンパク質骨格への結合のために尿素が水上よりも優先される理由と、タンパク質骨格に向かって尿素自体がどのように包括的に特定されているか。分子間力のすべての重要な成分は、尿素誘発性タンパク質の変性に重要な役割を果たし、変性状態アンサンブルの安定性に向けて重要な役割を果たすことがわかっています。水ネットワーク/構造と動的特性の変化、および疎水性残基のより高い溶媒和の変化は、「直接メカニズム」とともに「間接メカニズム」の存在を検証し、タンパク質に対する尿素の影響を強化します。

We have performed all-atom molecular dynamics simulations of three structurally similar small globular proteins in 8 M urea and compared the results with pure aqueous simulations. Protein denaturation is preceded by an initial loss of water from the first solvation shell and consequent in-flow of urea toward the protein. Urea reaches the first solvation shell of the protein mainly due to electrostatic interaction with a considerable contribution coming from the dispersion interaction. Urea shifts the equilibrium from the native to denatured ensemble by making the protein-protein contact less stable than protein-urea contact, which is just the reverse of the condition in pure water, where protein-protein contact is more stable than protein-water contact. We have also seen that water follows urea and reaches the protein interior at later stages of denaturation, while urea preferentially and efficiently solvates different parts of the protein. Solvation of the protein backbone via hydrogen bonding, favorable electrostatic interaction with hydrophilic residues, and dispersion interaction with hydrophobic residues are the key steps through which urea intrudes the core of the protein and denatures it. Why urea is preferred over water for binding to the protein backbone and how urea orients itself toward the protein backbone have been identified comprehensively. All the key components of intermolecular forces are found to play a significant part in urea-induced protein denaturation and also toward the stability of the denatured state ensemble. Changes in water network/structure and dynamical properties and higher degree of solvation of the hydrophobic residues validate the presence of "indirect mechanism" along with the "direct mechanism" and reinforce the effect of urea on protein.