通过分子动力学模拟研究水作为化学催化剂和物理稳定剂在冷蛋白质的脱氧化中的双重作用

科学领域:

• 生物化学 生化学
• 物理化学 物理化学
• 计算化学的计算化学

背景情况:

• 水含量显著影响冷干燥蛋白质的化学降解,影响其稳定性.
• 观察到的两个主要的除化模式是"曲棍球棒"和反转的钟形形状.
• 了解这些以水为媒介的降解机制对于蛋白质的配方和储存至关重要.

研究的目的:

• 为了阐明冷干燥蛋白质中观察到的脱氧化模式背后的分子机制.
• 研究水分子和蛋白质结构 (无形与晶体) 在降解动力学上的作用.
• 通过预测实验性水吸附等热体来验证模拟方法.

主要方法:

• 用分子动力学模拟来建模无形和晶体胰岛素和无形IgG1.1中反应部位周围的显式水分布.
• 对模拟的水分布进行了验证,对实验水蒸气吸附等热体进行了验证.
• 分析的重点是水分子与反应部位的近距离以及无蛋白质体积.

主要成果:

• "曲棍球棒"的脱阿米达化概况归因于启动循环反应所需的特定数量的水分子 (2-3).
• 在无形IgG1中,反转的钟形形状由增加的无蛋白体积来解释,这有助于在含水量更高的情况下促进氨气扩散.
• "自由体积"机制解释了与无形胰岛素相比,结晶胰岛素的降解速度更快,这是由于密度较低和自由体积更高.

结论:

• 水在蛋白质脱中起着双重作用,作为反应剂,并通过结构效应影响降解动力学.
• 蛋白质自由体积通过调节反应副产品的扩散,显著影响降解速率.
• 分子动力学模拟为水,蛋白质结构和冷制剂中的降解途径之间的复杂相互作用提供了宝贵的见解.