極アミノ酸の位置は、膜貫通セグメントと洗剤間の相互作用を変化させます

膜タンパク質のα-ヘリカル膜貫通（TM）セグメントは、主に水から非極性膜二重層への挿入を収容する疎水性アミノ酸で構成されています。ただし、そのようなセグメントの多くでは、構造的または機能的な理由で極性残基も存在します。これらの後者の残基は、in vitroの特性評価に使用される天然二重層のリン脂質や洗剤などの疎水性媒体による溶媒和培地による溶媒和媒体による局所好ましいアシル相互作用を損ないます。一連のLysタグ付きTM様ペプチド（KK-Yaaaaaaaiaaiaaaaaaa-kkk）を使用して、単一ASN残基置換（ILEまたはALAから）がC末端に向かって疎水性領域の中心から連続して作られました。極性残基は、TMセグメントと溶媒和洗剤間の相互作用の性質を強く変化させることを実証します。ドデシル硫酸ナトリウム - ポリアクリルアミドゲル電気泳動、循環二色性分光法、およびトリプトファン蛍光の適用により、比較的軽度の配列の違いを含む界面活性剤ペプチド複合体の構造に劇的な違いが観察されました。たとえば、TRP蛍光の青いシフト（この場所での局所界面活性剤溶媒和を示す）は、それ以外のセグメントでの単一のASN置換の位置によって異なります。全体的な結果は、生物学的膜で発生する極性の変異が同等の効果を誘発し、局所タンパク質構造にかなりのろ過負担をかけ、潜在的にタンパク質の変化したタンパク質 - 膜タンパク質の脂質相互作用を介して疾患状態につながることを示唆しています。

α-Helical transmembrane (TM) segments in membrane proteins are comprised primarily of hydrophobic amino acids that accommodate insertion from water into the nonpolar membrane bilayer. In many such segments, however, polar residues are also present for structural or functional reasons. These latter residues impair the local favorable acyl interactions required for solvation by hydrophobic media such as phospholipids in native bilayers or detergents used for in vitro characterization. Using a series of Lys-tagged designed TM-like peptides (typified by KK-YAAAIAAIAWAIAAIAAAIAA-KKK) in which single-Asn residue substitutions (from Ile or Ala) were made successively from the center of the hydrophobic region toward the C-terminus, we demonstrate that polar residues strongly alter the nature of the interaction between TM segments and the solvating detergent. Through the application of sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis, circular dichroism spectroscopy, and tryptophan fluorescence, we observed drastic differences in the structures of the detergent-peptide complexes that contain relatively minor sequence differences. For example, the blue shift of the Trp fluorescence (indicating local detergent solvation at this location) differs by as much as ~10 nm depending upon the position of a single Asn substitution in an otherwise identical segment. The overall results suggest that polar point mutations occurring in a biological membrane will elicit comparable effects, placing a significant refolding burden on the local protein structure and potentially leading to disease states through altered protein--lipid interactions in membrane proteins.