トリメチルアミンn-酸化物による尿素の逆転写は、直接的な相互作用によるものです

トリメチルアミンN-酸化物（TMAO）は、タンパク質を安定させ、折りたたみを誘発し、尿素、圧力、氷の変性効果を打ち消す天然に存在するオスモライテです。これらの効果の背後にあるメカニズムを確立するために、0.05の溶質モル分数でTMAOの水溶液と1：1 TMAO-尿素の水溶液に対して同位体置換中性子散乱測定を実行しました。部分ペア分布関数は、経験的ポテンシャル構造の改良法を使用して抽出されました。結果は、分光法および分子ジナミクスシミュレーションから入手可能なデータだけでなく、等鉄型Tert-Butanolで得られた以前の結果と比較されました。溶液では、TMAOの酸素原子は、平均して2〜3の水分子に強く水素結合されており、水素結合ネットワークは純水よりも水の中で緊密です。TMAO尿素溶液では、TMAOの酸素原子は尿素との水素結合を優先的に形成します。これは、尿素濃度とは無関係に、2：1の尿素/TMAO濃度比で対抗が完了する理由を説明しています。これらの結果は、TMAOとタンパク質間の直接的な相互作用を必要とせずに、ペプチドバックボーンと水または分子内部位の間の水素結合を制御する同時平衡の修飾に基づいて、タンパク質の安定性に対するTMAOの効果のモデルを強くサポートしています。

Trimethylamine N-oxide (TMAO) is a naturally occurring osmolyte that stabilizes proteins, induces folding, and counteracts the denaturing effects of urea, pressure, and ice. To establish the mechanism behind these effects, isotopic substitution neutron-scattering measurements were performed on aqueous solutions of TMAO and 1:1 TMAO-urea at a solute mole fraction of 0.05. The partial pair distribution functions were extracted using the empirical potential structure refinement method. The results were compared with previous results obtained with isosteric tert-butanol, as well as the available data from spectroscopy and molecular-dynamics simulations. In solution, the oxygen atom of TMAO is strongly hydrogen-bonded to, on average, between two and three water molecules, and the hydrogen-bond network is tighter in water than in pure water. In TMAO-urea solutions, the oxygen atom in TMAO preferentially forms hydrogen bonds with urea. This explains why the counteraction is completed at a 2:1 urea/TMAO concentration ratio, independently of urea concentration. These results strongly support models for the effect of TMAO on the stability of proteins based on a modification of the simultaneous equilibria that control hydrogen bonding between the peptide backbone and water or intramolecular sites, without any need for direct interaction between TMAO and the protein.