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Descubriendo estados transitorios dependientes del pH de las proteínas con residuos ionizables enterrados
Garrett B Goh1, Elena N Laricheva, Charles L Brooks
1Department of Chemistry and ‡Biophysics Program, University of Michigan , Ann Arbor, Michigan 48109, United States.
Journal of the American Chemical Society
|May 21, 2014
Resumen
Comprender los efectos del pH en la dinámica de las proteínas requiere estudiar los estados transitorios. Nuevos métodos revelan que los residuos enterrados en los mutantes de la nucleasa estafilocócica (SNase) pueden cambiar la actividad del pH, influyendo en la función de la proteína a través de estados abiertos transitorios.
Área de la Ciencia:
- La bioquímica es la bioquímica.
- Biología Estructural Biología estructural.
- Biología computacional Biología computacional.
Sus antecedentes:
- La actividad biológica está fuertemente influenciada por el pH, tradicionalmente estudiado a través de estructuras de proteínas estáticas.
- Los estados de proteínas pobladas transitoriamente son cada vez más reconocidos como cruciales para la función, pero son difíciles de caracterizar.
- Los métodos existentes a menudo pasan por alto el comportamiento dinámico y dependiente del pH de las proteínas.
Objetivo del estudio:
- Para investigar la dependencia del pH de los estados transitorios de las proteínas en detalle atomístico.
- Explorar el papel de los residuos ionizables enterrados en la modulación de la dinámica y la actividad de las proteínas.
- Aplicar métodos computacionales avanzados para caracterizar los cambios conformacionales mediados por el pH.
Principales métodos:
- Utilizó el marco explícito de la dinámica molecular del pH constante del disolvente (CPHMD ((MSλD)).
- Aplicó el método a los mutantes de la estafilococos nucleasa (SNase) con residuos ionizables enterrados.
- Dinámica de proteínas simuladas a través de varios entornos de pH para sondear los cambios de pKa y estados de conformación.
Principales resultados:
- Identificó estados abiertos en todos los mutantes de SNase con residuos enterrados, exhibiendo valores de pKa significativamente desplazados.
- Se observaron efectos de solvación local alrededor de los sitios de protonación en estos estados abiertos.
- Los valores calculados de pKa mostraron una buena concordancia con los datos experimentales (error promedio no firmado de 1,3 unidades de pKa).
Conclusiones:
- Los residuos ionizables enterrados pueden inducir fluctuaciones conformacionales, lo que lleva a estados abiertos transitorios incluso a pH fisiológico.
- Estos estados transitorios, aunque bajos en población (1-2%), son críticos para reproducir con precisión los cambios experimentales de pKa.
- El análisis de los estados abiertos y cerrados acoplados, en lugar de las conformaciones estáticas individuales, es esencial para comprender la función de los residuos enterrados.