蛋白质组学

“知冷知热”的蛋白质折叠

图片1.jpg一幅插图展示了蛋白质在溶液中折叠的动力学。

水会影响蛋白质折叠方式,这一假设长期存在。然而,一项新研究对该假设的细节提出了挑战。近日,发表在《物理化学快报》上的一篇论文表明:蛋白质可能会通过某种特殊的折叠方式避开水。这一发现或将改变科学家们对溶液中疏水、亲水相互作用的看法。

美国莱斯大学、杜兰大学以及约翰霍普金斯大学医学院的研究人员共同创建了多肽的原子级模型。该模型显示蛋白质折叠也受它们所占据溶剂的热膨胀影响,但影响方式与先前假设不同。

莱斯大学布朗工程学院化学和生物分子工程副研究教授Dilip Asthagiri说:“长期以来,我们的观点是:疏水性氨基酸是蛋白质折叠的主导力量,它们可以迅速聚集,避免水分。新研究表明温度——这一经常被模型忽略的因素——也会影响这种现象。”

Asthagiri说:“我们在2017年展示了一种没有侧链的内在无序肽模型,亲水效应事实上可以压倒疏水效应驱动的折叠,使它们展开,即使在没有带电残基的情况下也是如此。但那时我们没有考虑温度的影响。”

因此,研究小组开始精确模拟多肽在不同温度下与水接触时是如何折叠、展开的。当研究人员计算水合十碳丙氨酸肽序列及其侧链的自由能时,他们发现溶剂和肽之间的吸引力也会起作用(特别是当涉及到一个以上肽时)。在模拟的温度范围内,多肽周围的溶剂基质在加热时会膨胀,从而减少肽周围以及与肽接触的溶剂分子数量。这会降低溶剂和肽之间的结合作用。对于溶剂中的小分子来说,这种影响很小;但对于较大的肽和蛋白质,影响会放大。

这一理论表明,亲水效应可能有助于蛋白质在冷溶液中的变性或展开。

“溶液环境是影响蛋白质结构的重要因素之一,”该文合著者Lawrence Pratt说,“溶液(包括水)的任何变化都与蛋白质的组合方式及其功能息息相关。自20世纪40年代以来,疏水效应对蛋白质折叠的影响就已经得到认识,但这种影响其实比想象中更加难以捉摸,因为它具有独特的温度依赖性。”

“当温度升高时,有些疏水效应会变得更强,所以情况会更加稳定。但其实稳定性的增加可能来自其他因素,包括大多数化学家认同的亲水效应。”Pratt 补充,“疏水效应和亲水效应都起作用,它们既在竞争,也在合作。”

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编译:小贝 

审稿:西莫

责编:陈之涵

期刊《物理化学快报》

期刊编号:1948-7185

原文链接:https://phys.org/news/2020-11-proteins-cold.html

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