动态纳米多孔蛋白质组分的熵驱动自由能图谱的

国外新闻 2018-11-07 14:11:24 83

  

   [简介]蛋白质自组装是在生命系统中形成功能材料和装置的主要方式。实验室研究目前使用自下而上的方法来构建合成材料。对分子相互作用的基本物理理解对于目标超分子框架的合理设计至关重要,并在结构动力学和环境调节中起重要作用。可预测地在不同的构象状态之间切换,从头开始设计和构建刺激响应性蛋白质组分仍然是生物分子设计领域中的必要且具有挑战性的任务。 [结果简介]最近,加利福尼亚大学圣地亚哥分校F. Akif Tezcan教授和Francesco Paesani教授(共同传播的合着者)发表了最新研究成果“工程熵驱动的自由能源景观“自然化学中的动态纳米多孔蛋白质组装”。此前,作者报道了通过二硫键相互作用合成二维蛋白质晶格组分。在本文中,作者提出了所有原子的分子动力学模拟,通过电子显微镜描绘了这些晶格的自由能景观。该技术执行大量结构表征以验证这些图像,表明自由能景观主要由溶剂重建熵控制。随后在静电排斥相互作用条件下重新设计蛋白质表面允许作者预测性地增加对自由能景观的扰动,从而产生具有三种不同化学、机械性质的构象动力学的新蛋白质晶格。以不同的孔隙率和分子密度相互切换。 [图示介绍]图1:C98RhuA晶体的结构特征。 (a)C98RhuA四聚体的表面特征,黑色标记为98个位点,氧化后自组装成多孔二维晶体; (b)C98RhuA晶格构象状态的TEM图像和草图表示; (c)蛋白质中突出的“相互作用区”的示意图; (d)通过实验获得的参数E的计算和对ζ坐标轮廓的推广。图2:C98RhuA晶格结构动力学的热力学分析。 (a)计算连续C98RhuA晶格构象范围内的自由能图(顶部)和溶剂熵的变化(b); (b)实验测量和PMF计算的C98RhuA晶体的平衡构象直接比较概率。图3:晶格压缩对孔隙中溶剂结构的影响。 (a)上图是归一化孔隙中水密度的2D图。下图是沿着孔的二等分线的密度的一维图,以定量地解释数据; (b)近蛋白质表面上溶剂分子的数量分布。图4:CEERhuA配置的设计和分析。 (a)CEERhuA四聚体的表面形态; (b)CEERhuA晶格动力学和设计预期效果的示意图; (c)RhuA晶格的TEM图像; (d)CEERhuA动力学的热力学分析。 (e)在多个沉淀 - 再悬浮循环期间CEERhuA构象的实验分布。图5:CEERhuA晶体的化学和机械转换行为。 (a)上图:该示意图描绘了所有可能的CEERhuA晶格切换模式,如下图所示:对应于上图的状态的实验分布; (b)RhuA晶体开关模式的总结。 [摘要]这项工作提出了一种合成蛋白质成分,完全描绘了自由能源的景观。预测性调节可具有化学和机械相应的结构转换行为。为此,设计的关键点是使用强大且可逆的弹性键合相互作用组装成2DRhuA晶格。蛋白质表面二硫键的小足迹不仅使RhuA晶格具有广泛的构象自由度,而且还使其他相互作用类型处于“巡航”状态,预测性地改变自由能景观和控制结构动力学。