アミノ酸トライアドからの本質的に無秩序なタンパク質の立体構造エントロピー

この研究は、シーケンス組成とバックボーン立体構造エントロピーの観点から、タンパク質の内因性障害を定量的に特徴付けます。アミノ酸トライアドの正規化された相対組成の分析は、球状タンパク質と無秩序なタンパク質の間の明確な境界を強調しています。立体構造エントロピーは、非冗長データベースと比較して、球状、部分的および完全に無秩序なタンパク質の立体構造アンサンブルのアミノ酸トライアドの中央アミノ酸の二面角から計算されます。モンテカルロ（MC）とMolecular Dynamics（MD）シミュレーションの両方を使用して、各グループの代表的なタンパク質の立体構造アンサンブルを特徴付けます。結果は、球状タンパク質がラマチャンドラン空間の許可された立体構造状態の約半分に及ぶ一方、無秩序なタンパク質のアミノ酸トライアドは、フローリーの孤立したペア仮説に続く許容される二面角空間の全範囲をサンプリングすることを示しています。したがって、適切に定義された構造がない場合でも、相対アミノ酸トライアド組成に関する配列情報のみがタンパク質障害とバックボーン立体構造エントロピーを予測するのに十分である可能性があります。予測されたエントロピーは、相互情報の拡張とヒストグラム法を使用して計算されたエントロピーと一致することがわかりました。

This work quantitatively characterizes intrinsic disorder in proteins in terms of sequence composition and backbone conformational entropy. Analysis of the normalized relative composition of the amino acid triads highlights a distinct boundary between globular and disordered proteins. The conformational entropy is calculated from the dihedral angles of the middle amino acid in the amino acid triad for the conformational ensemble of the globular, partially and completely disordered proteins relative to the non-redundant database. Both Monte Carlo (MC) and Molecular Dynamics (MD) simulations are used to characterize the conformational ensemble of the representative proteins of each group. The results show that the globular proteins span approximately half of the allowed conformational states in the Ramachandran space, while the amino acid triads in disordered proteins sample the entire range of the allowed dihedral angle space following Flory's isolated-pair hypothesis. Therefore, only the sequence information in terms of the relative amino acid triad composition may be sufficient to predict protein disorder and the backbone conformational entropy, even in the absence of well-defined structure. The predicted entropies are found to agree with those calculated using mutual information expansion and the histogram method.