結晶学的Bファクターは、タンパク質立体構造エントロピーの計算に適していますか？

コンフォメーションエントロピーは、タンパク質への小さなリガンドの結合またはタンパク質の相互作用を研究するときに非常に興味深いものです。残念ながら、タンパク質内のすべてのグループの立体配座エントロピーを測定するための実験的な方法はありません。代わりに、それらは通常、分子動力学（MD）シミュレーションから推定されますが、そのような方法は、運動の収束と相関の問題を示し、基礎となる電位エネルギー関数の精度に依存します。結晶学的な原子変位パラメーター（Bファクターとも呼ばれる）は、すべての結晶構造で利用でき、エントロピーに変換できる原子変動に関する情報を含んでいます。このようなエントロピーをNMR緩和実験で測定したものと比較するか、溶液または結晶でMDシミュレーションから得られたものと比較することにより、タンパク質の立体構造エントロピーを抽出するためにBファクターを使用できるかどうかを研究しました。残念ながら、我々の結果は、B要素のエントロピーが信頼できないことを示しています。なぜなら、タンパク質全体の動きと回転を含むため、動きの相関を除外し、変動以外の寄与を含む。静的障害、およびモデルのエラーと散乱因子。私たちは、翻訳溶解縮小の洗練を採用することで最初の問題を軽減しようとしました。2番目は、MDシミュレーションからの相関動きの説明を使用することで、3番目はリガンドのペアが同じに結合するときのエントロピーの変化のみを研究することで、3番目の問題を軽減しようとしました。タンパク質は、まったく同じ方法で構造を徹底的に再評価し、同じ一連の代替立体構造を使用します。ただし、実験的なBファクターは、MDシミュレーションからの変動と互換性がないようであり、精度はあまりにも貧弱で、信頼できるエントロピーを与えることはできません。

Conformational entropies are of great interest when studying the binding of small ligands to proteins or the interaction of proteins. Unfortunately, there are no experimental methods available to measure conformational entropies of all groups in a protein. Instead, they are normally estimated from molecular dynamics (MD) simulations, although such methods show problems with convergence and correlation of motions, and depend on the accuracy of the underlying potential-energy function. Crystallographic atomic displacement parameters (also known as B-factors) are available in all crystal structures and contain information about the atomic fluctuations, which can be converted to entropies. We have studied whether B-factors can be employed to extract conformational entropies for proteins by comparing such entropies to those measured by NMR relaxation experiments or obtained from MD simulations in solution or in the crystal. Unfortunately, our results show that B-factor entropies are unreliable, because they include the movement and rotation of the entire protein, they exclude correlation of the movements and they include contributions other than the fluctuations, e.g. static disorder, as well as errors in the model and the scattering factors. We have tried to reduce the first problem by employing translation-libration-screw refinement, the second by employing a description of the correlated movement from MD simulations, and the third by studying only the change in entropy when a pair of ligands binds to the same protein, thoroughly re-refining the structures in exactly the same way and using the same set of alternative conformations. However, the experimental B-factors seem to be incompatible with fluctuations from MD simulations and the precision is too poor to give any reliable entropies.