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蛋白折叠中的暂态结构与表面水分子慢尺度动力学
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O641[理学—物理化学;理学—化学] Q51[生物学—生物化学]
  • 作者机构:[1]北京大学工学院,北京100871, [2]北京大学化学与分子工程学院,北京100871, [3]北京大学理论生物学中心,北京100871
  • 相关基金:国家自然科学基金(20973016 30970667 30770499 10721403); 国家重点基础研究发展计划(973)(2009CB918500 2009CB724100)资助项目
中文摘要:

蛋白表面水的慢尺度动力学行为往往被认为与蛋白的结构稳定性、功能以及折叠过程有关,但在分子水平上,还不清楚水分子的慢尺度动力学如何参与蛋白折叠过程.以Trp-cage蛋白作为个案,本文利用40条100ns(总长4μs)的全原子分子动力学轨迹,分析了蛋白折叠过程中蛋白表面水分子的停留行为,并探究影响蛋白表面水分子慢尺度行为的微观因素.结果发现,即使在蛋白折叠过程中蛋白拓扑结构变化很大,残基之间也会形成稳定的局部暂态结构.这些结构为水分子提供饱和、稳定的氢键,通过与水分子之间的极性相互作用,以及凹形的几何结构,约束水分子长时停留,我们称之为"停留中心".停留中心的形成是引起水分子慢尺度行为的重要因素.另外,停留中心的分布与蛋白折叠的进程有密切关系,特别地,在折叠轨迹中,疏水核周围的残基组成了一个主要的停留中心.研究结果不但有助于解释水分子慢尺度特征行为的来源,还可以为实验中通过研究水分子在蛋白附近的慢尺度行为,揭示蛋白折叠过程中的关键步骤提供一些启发.

英文摘要:

The slow dynamics of hydration water has long been recognized as a major determinant of protein stability, function, and folding.However, an atomic level mechanism is still lacking on the origin of the slow dynamics of hydration water and how it is involved in protein folding.Using forty 100-ns all-atom molecular dynamics simulations of the Trp-cage mini-protein as a case study, we analyzed the dynamics of hydration water in the protein folding process to explore the origin of the slow dynamics of hydration water in detail.During the folding process, even if the topological structure of the protein changed greatly, there were certain intermediate protein structures where the hydration water showed slow dynamics.By providing rich hydrogen bond connections and the advantage of a convex topology these structures enslave water molecules for very long time and we refer to these as" residence centers".Residence centers are the possible origin of the slow dynamics of hydration water.Additionally, the distribution of residence centers is closely related to the folding process.In folded trajectories, the residues around the hydrophobic core form a main residence center.These results are helpful in explaining the origin of the slow water dynamics on protein surfaces and may provide some insight into further experimental study to probe important intermediate structures during the process of protein folding by capturing slow hydration water dynamics.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781