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埋もれたイオン化可能な残留物を持つタンパク質のpHに依存する過渡的状態を明らかにする

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

まとめ

タンパク質の動態に対するpHの影響を理解するには,一時的な状態を研究する必要があります. 新しい方法では,スタフィロコッカ核酵素 (SNase) 変異体内の埋もれた残留物が,一時的な開かれた状態を通してタンパク質の機能に影響を及ぼし,pH活性をシフトさせることができることを明らかにしています.

科学分野:

バイオケミストリーバイオケミストリー
構造生物学構造生物学とは
コンピュータ生物学コンピュータ生物学

背景:

生物学的活動は,pHによって大きく影響され,伝統的に静的なタンパク質構造を通して研究されています.
暫定的に定着したタンパク質状態は,機能に不可欠であるとますます認識されていますが,特徴づけることは困難です.
既存の方法は,タンパク質の動的,pHに依存する振る舞いをしばしば無視しています.

研究の目的:

暫定的なタンパク質状態のpH依存性を原子的な細部で調査する.
タンパク質のダイナミクスと活性を調節する埋もれた電離可能な残留物の役割を調査する.
pH媒介による形状の変化を特徴付けるための高度な計算方法を適用する.

主な方法:

明確な溶媒常数pH分子動力学 (CPHMD(MSλD)) フレームワークを使用しました.
埋蔵されたイオン化可能な残留物を持つスタフィロコックスの核酵素 (SNase) 変異体に対してこの方法を適用した.
様々なpH環境でタンパク質のダイナミクスをシミュレートし,pKaのシフトと構成状態を調査した.

主要な成果:

埋もれた残留物を持つすべてのSNase変異体において,著しく変化したpKa値を示す開いた状態を特定した.
これらの開いた状態におけるプロトネーション部位周辺のローカルソルベーション効果を観測した.
計算されたpKa値は,実験データと良好な一致を示した (平均未記号誤差1.3pKa単位).

結論:

埋もれたイオン化残留物は,形状変動を誘発し,生理学的pHでも一時的な開かれた状態につながる可能性があります.
これらの一時的な状態は,人口が少ない (1-2%) としても,実験的なpKaシフトを正確に再現するために重要です.
単一の静的な形状ではなく,結合された開いた状態と閉じた状態を分析することは,埋もれた残基の機能を理解するために不可欠です.

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