ヘパリンとアルギニンとリジンの相互作用の違い、およびヘパリンの酸性線維芽細胞成長因子への結合におけるこれらの塩基性アミノ酸の重要性の違い

タンパク質とヘパリンなどのグリコサミノグリカン（GAG）との相互作用は非常に重要ですが、タンパク質またはペプチドGAGの相互作用の一般的な構造的要件は、あまり特徴付けられていません。タンパク質またはペプチドのGAGおよび塩基性残基上の硫酸塩基とカルボキシレート基の間の静電相互作用は相互作用を支配しますが、これらの静電相互作用の熱力学は研究されていません。アルギニン残基は、タンパク質の既知のヘパリン結合部位で頻繁に発生します。アルギニンは、固定化されたヘパリンとヘパラン硫酸に結合するランダムに合成された7-merペプチドのリジンよりも一般的です。ヘパリンアフィニティクロマトグラフィー、平衡透析、および等温滴定熱量測定技術を使用して、これらの相互作用をさらに調査しました。0.82 m NaClのヘパリンアフィニティカラムから溶出した7MERのアルギニン。一方、リジンの7merは0.64 Mで溶出しました。4つのリジンと2つのアルギニン残基を含む成長因子は0.50 mで溶出しましたが、6つのリジン残基を含む類似のペプチドは0.41 mで溶出し、1つは10 mmのリン酸ナトリウムで25度Cで0.54 Mで溶出した6つのアルギニン残基を含む1つは溶出し、pH 7.4、カルボキシおよびアミノタミニは、同様に平衡透析によって測定された、リン酸ナトリウム、pH 7.4で30度Cで、平衡透析によって測定されたように、ブロックされたリジンと同じくらいしっかりとヘパリンに結合したアルギニン（ブロックされたアルギニン）をブロックしました。ブロックされたリジンよりも、ヘパリンのアニオンに対してより緊密に。滴定熱量測定を使用して、ヘパリンへのブロックされたアルギニンとリジン結合のエンタルピーは、同一の条件下でそれぞれ1.14 +/- 0.24および0.45 +/- 0.35 kJ/molでした。私たちの観察結果は、アルギニンを含むペプチドをブロックしたのは、類似のリジン種よりもギャグにしっかりと結合し、違いがアルギニンおよびリジン側鎖の固有の特性によるものであることを示唆しています。ギャグ中の硫酸塩に対するグアニジーノ陽イオンのより大きな親和性は、おそらくより強い水素結合とより発熱的な静電相互作用によるものです。これは、柔らかい酸性の柔らかいベースの概念によって合理化できます。

Although the interaction of proteins with glycosaminoglycans (GAGs) such as heparin are of great importance, the general structural requirements for protein- or peptide-GAG interaction have not been well characterized. Electrostatic interactions between sulfate and carboxylate groups on the GAG and basic residues in the protein or peptide dominate the interaction, but the thermodynamics of these electrostatic interactions have not been studied. Arginine residues occur frequently in the known heparin binding sites of proteins. Arginine is also more common than lysine in randomly synthesized 7-mer peptides that bind to immobilized heparin and heparan sulfate. We have used heparin affinity chromatography, equilibrium dialysis, and isothermal titration calorimetry techniques to further investigate these interactions. A 7-mer of arginine eluted from a heparin-affinity column at 0.82 M NaCl, whereas the analogous 7-mer of lysine eluted at 0.64 M. Similarly, the putative heparin binding site peptide (amino acid residues 110-130) from acidic fibroblast growth factor, which contained four lysine and two arginine residues, eluted at 0.50 M, whereas the analogous peptide with six lysine residues eluted at 0.41 M and one with six arginine residues eluted at 0.54 M. At 25 degrees C in 10 mM sodium phosphate, pH 7.4, carboxy and amino termini blocked arginine (blocked arginine) bound to heparin twice as tightly as blocked lysine as measured by equilibrium dialysis Similarly, at 30 degrees C in 10 mM sodium phosphate, pH 7.4, and in water, blocked arginine bound 2.5 times more tightly to anions in heparin than blocked lysine. Using titration calorimetry, the enthalpy of blocked arginine and lysine binding to heparin was 1.14 +/- 0.24 and 0.45 +/- 0.35 kJ/mol, respectively, under identical conditions. Our observations show that blocked arginine- and arginine-containing peptides bound more tightly to GAGs than the analogous lysine species and suggest that the difference was due to the intrinsic properties of the arginine and lysine side chains. The greater affinity of the guanidino cation for sulfate in GAGs is probably due to stronger hydrogen bonding and a more exothermic electrostatic interaction. This can be rationalized by soft acid, soft base concepts.