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二级结构和溶剂可及性对蛋白质突变体稳定性的相对重要性。T4和人类溶菌酶的氨基酸特性和能量学案例研究。 (英语) 兹比尔1095.92037

摘要:了解影响蛋白质突变体稳定性的因素是分子和计算生物学中的一项重要任务。我们通过研究突变体残基的二级结构和溶剂可及性对于理解/预测蛋白质突变体的稳定性的相对重要性来解决这个问题。在本研究中,我们使用了疏水、静电和氢键自由能项以及氨基酸的九种独特的物理化学、能量和构象性质,这些参数与热稳定性的变化有关\)基于单相关系数和多重相关系数的所有溶菌酶单突变体。正如预期的那样,反映疏水性和疏水自由能的特性在区分稳定突变体和不稳定突变体方面起着重要作用。碳和氮原子产生的疏水自由能区分线圈和链突变的稳定性,准确度分别为100%和90%。
与之前的结果一致,基于二级结构的子群分类及其在结构中的位置信息与实验值(Delta T_m)有良好的关系。我们发现二级结构信息对于理解蛋白质突变体的稳定性与溶剂可及性同等或更重要。氨基酸性质与自由能项的比较表明,能量贡献更好地解释了卷曲区的突变稳定性,而链区的氨基酸性质更好。此外,自由能与氨基酸性质的结合显著增加了相关性。本研究证明了基于二级结构对突变后蛋白质稳定性进行分类的重要性。

MSC公司:

92C40型 生物化学、分子生物学
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参考文献:

[1] Akasako,A。;Haruki,M。;Oobatake,M。;Kanaya,S.,构象稳定性大肠杆菌核糖核酸酶HI变异体在疏水核心的空腔中具有一系列氨基酸替换,J.Biol。化学。,272, 18686-18693 (1997)
[2] 阿克,M。;Forsen,S.,《蛋白质稳定性和溶剂暴露带电侧链之间的静电相互作用》,《蛋白质:结构》。功能。遗传学。,8, 23-29 (1990)
[3] Alber,T。;Sun,D.P。;Wilson,K。;沃兹尼亚克,J.A。;库克,S.P。;Matthews,B.W.,Thr 157氢键对噬菌体T4溶菌酶热力学稳定性的贡献,Nature,330,41-46(1987)
[4] 巴洛·D·J。;桑顿,J.M.,《蛋白质中的离子对》,《分子生物学杂志》。,168, 867-885 (1983)
[5] 巴什,P。;加利福尼亚州辛格。;兰里奇,R。;科尔曼,P.A.,《计算机模拟自由能计算》,《科学》,236564-568(1987)
[6] Bava,K.A。;格罗米哈,M.M。;Uedaira,H。;Kitajima,K。;Sarai,A.,ProTherm,4.0版:蛋白质和突变体热力学数据库,核酸研究,32,D120-D121(2004),数据库问题
[7] 伯曼,H.M。;韦斯特布鲁克,J。;Z.Feng。;Gilliland,G。;Bhat,T.N。;魏西格姆,H。;Shindyalov,I.N。;Bourne,P.E.,蛋白质数据库,核酸研究,28,235-242(2000)
[8] Brown,L.R。;德马科,A。;里查兹,R。;瓦格纳,G。;Wuthrich,K.,单个盐桥对碱性胰蛋白酶抑制剂球状溶液构象的静态和动态特征的影响。天然和转氨酶抑制剂的1H和13C核磁共振研究,《欧洲生物化学杂志》。,88, 87-95 (1978)
[9] Capriotti,E。;Fariselli,P。;Casadio,R.,一种基于神经网络的预测单点突变后蛋白质稳定性变化的方法,生物信息学,20,i63-i68(2004)
[10] 陈永伟。;Fersht,A.R。;Henrick,K.,《埋藏氢键对蛋白质稳定性的贡献:两个谷胱甘肽酶突变体的晶体结构》,J.Mol.Biol。,234, 1158-1170 (1993)
[11] 奇切,L。;格雷戈雷特,L.M。;科恩,F.E。;Kollman,P.A.,使用折叠的溶剂化自由能评估蛋白质模型结构,Proc。国家。阿卡德。科学。美国,87,3240-3243(1990)
[12] Chothia,C.,蛋白质中的疏水键和可及表面积,《自然》,248338-339(1974)
[13] 康奈尔,W.D。;Cieplak,P。;贝利,C.L。;古尔德,I.R。;Merz,K.M。;Ferguson,D.M。;斯佩尔迈耶,哥伦比亚特区。;福克斯,T。;考德威尔,J.W。;Kollman,P.A.,《蛋白质模拟的第二代力场》,《美国化学杂志》。Soc.,117,5179-5197(1995)
[14] Damborsky,J。;博哈克,M。;普罗科普,M。;库蒂,M。;Koca,J.,172位卤代烷脱卤酶的计算定点突变,蛋白质工程,11,901-907(1998)
[15] Dill,K.A.,蛋白质折叠的主导力量,生物化学,297133-7155(1990)
[16] 艾森伯格,D。;威森,M。;Yamashita,M.,《蛋白质折叠和结合与原子溶剂化参数的解释》,《化学》。《圣经》,29A,217-221(1989)
[17] 埃里克森,A.E。;Baase,W.A。;Matthews,B.W.,T4溶菌酶核心内Leu99和Phe153的类似疏水性替代物具有不同的结构和热力学后果,《分子生物学杂志》。,229, 747-769 (1993)
[18] Fersht,A.R.,糜蛋白酶的构象平衡。盐桥的能量学和重要性,J.Mol.Biol。,64, 497-509 (1972)
[19] Funahashi,J。;高野,K。;Yamagata,Y。;Yutani,K.,两个不同内部位置的氨基酸取代对人类溶菌酶构象稳定性的贡献,蛋白质工程,12,841-850(1999)
[20] Funahashi,J。;高野,K。;Yutani,K.,从突变的人类溶菌酶中估计的各种稳定因子参数是否与其他蛋白质兼容?,蛋白质工程,14,127-134(2001)
[21] 北卡罗来纳州加斯纳。;Baase,W.A。;Matthews,B.W.,通过T4溶菌酶核心内的多个蛋氨酸取代对蛋白质折叠的“拼图游戏”模型的测试,Proc。国家。阿卡德。科学。美国,93,12155-12158(1996)
[22] Gilis,D。;Rooman,M.,《通过数据库衍生电位评估蛋白质中溶剂可及残基突变后的稳定性变化》,《分子生物学杂志》。,257, 1112-1126 (1996)
[23] Gilis博士。;Rooman,M.,《利用数据库衍生电位预测突变后蛋白质稳定性的变化:溶剂可及性决定了序列中局部与非局部相互作用的重要性》,J.Mol.Biol。,272, 276-290 (1997)
[24] Grewal,P.S.,《统计分析的数值方法》(1997),斯特林出版社:斯特林出版社新德里
[25] Gromiha,M.M.,《影响埋藏蛋白突变体热稳定性的因素》,《聚合物》,444061-4066(2003)
[26] 格罗米哈,M.M。;Ponnuswamy,P.K.,《从疏水特性预测蛋白质二级结构》,国际期刊Pept。蛋白质研究,45,225-240(1995)
[27] 格罗米哈,M.M。;Selvaraj,S.,用于确定二态蛋白质突变体过渡状态结构的重要氨基酸特性,FEBS Lett。,526, 129-134 (2002)
[28] 格罗米哈,M.M。;Thangakani,A.M.,《中长期相互作用对T4溶菌酶突变体稳定性的作用》,《制备生物化学》。生物技术。,31, 217-227 (2001)
[29] 格罗米哈,M.M。;Oobatake,M。;科诺,H。;Uedaira,H。;Sarai,A.,氨基酸特性和蛋白质稳定性之间的关系:埋藏突变,蛋白质化学杂志。,18565-578(1999年)
[30] 格罗米哈,M.M。;Oobatake,M。;科诺,H。;Uedaira,H。;Sarai,A.,结构和序列信息在预测蛋白质稳定性变化中的作用:埋藏突变和部分埋藏突变的比较,蛋白质工程,12,549-555(1999)
[31] 格罗米哈,M.M。;An,J。;科诺,H。;Oobatake,M。;Uedaira,H。;Sarai,A.,ProTherm:蛋白质和突变体的热力学数据库,《核酸研究》,27,268-286(1999)
[32] 格罗米哈,M.M。;Oobatake,M。;科诺,H。;Uedaira,H。;Sarai,A.,《周围残基对预测部分埋藏突变的蛋白质稳定性的重要性》,J.Biomol。Str.Dyn.街。,18, 281-295 (2000)
[33] 格罗米哈,M.M。;Oobatake先生。;科诺,H。;Uedaira,H。;Sarai,A.,Ramachandran图中突变位置对预测表面突变蛋白质稳定性的重要性,生物聚合物,64,210-220(2002)
[34] 格罗米哈,M.M。;Saraboji,K。;艾哈迈德,S。;Ponnuswamy,M.N。;Suwa,M.,非共价相互作用在确定两态蛋白质折叠速率中的作用,生物化学。,107263-272(2004年)
[35] 哈伯德,S.J.,桑顿,J.M.,1993年。NACCESS,计算机程序。伦敦大学学院生物化学和分子生物学系。可从以下位置获得:http://wolf.bi.umist.ac.uk/unix/nacess.html。; 哈伯德,S.J.,桑顿,J.M.,1993年。NACCESS,计算机程序。伦敦大学学院生物化学和分子生物学系。可从以下位置获得:http://wolf.bi.umist.ac.uk/unix/nacess.html。
[36] Khatun,J。;哈雷,S.D。;尼古拉五世。;Dokholyan,接触电位能可靠地预测蛋白质的稳定性吗?,分子生物学杂志。,336, 1223-1238 (2004)
[37] 克雷布斯,W.G.,伯恩,P.E.,2003年。蛋白质突变资源数据中晶体突变选择偏倚的统计和视觉变形电影分析。2003年IEEE生物信息学会议论文集:CSB2003,IEEE计算机社会出版社,加利福尼亚州洛斯阿拉米托斯,第180-189页。;Krebs,W.G.,Bourne,P.E.,2003年。蛋白质突变资源数据中晶体突变选择偏倚的统计和视觉变形电影分析。2003年IEEE生物信息学会议论文集:CSB2003,IEEE计算机社会出版社,加利福尼亚州洛斯阿拉米托斯,第180-189页。
[38] Lee,C.,通过自我集成优化预测蛋白质突变能量学,J.Mol.Biol。,236, 918-939 (1994)
[39] Matsumura,M。;Becktel,W.J。;Matthews,B.W.,通过Ile 3的多重取代直接测定T4溶菌酶的疏水稳定性,《自然》,334,406-410(1988)
[40] Matthews,B.W.,用T4溶菌酶研究蛋白质稳定性,高级蛋白质化学。,46, 249-278 (1995)
[41] 英国麦当劳。;桑顿,J.M.,《满足蛋白质中的氢键潜力》,《分子生物学杂志》。,238, 777-793 (1994)
[42] 宫泽,S。;Jernigan,R.L.,单一替代突变体的蛋白质稳定性和变性状态下局部致密程度,蛋白质工程,71209-1220(1994)
[43] Nicholson,H。;安德森,D.E。;道平,S。;Matthews,B.W.,使用噬菌体T4溶菌酶的设计耐热突变体分析带电侧链和α-螺旋偶极子之间的相互作用,生物化学,309816-9828(1991)
[44] Nicholson,H。;贝克特尔,W.J。;Matthews,B.W.,《通过与α-螺旋偶极子相互作用的设计突变增强蛋白质热稳定性》,《自然》,336651-656(1988)
[45] Northrup,S.H。;Pear,M.R。;摩根·J·D。;McCammon,J.A。;Karplus,M.,《铁细胞色素c的分子动力学——原子位移的幅度和各向异性》,J.Mol.Biol。,153, 1087-1109 (1981)
[46] 佩斯,C.N。;雪莉,B.A。;麦克纳特,M。;Gajiwala,K.,《促进蛋白质构象稳定性的力》,FASEB J.,10,75-83(1996)
[47] 佩鲁茨,M.F。;Raidt,H.,细菌铁氧还蛋白和血红蛋白A2热稳定性的立体化学基础,《自然》,255,256-259(1975)
[48] Ponnuswamy,P.K.,折叠蛋白质的疏水特性,Prog。生物物理学。分子生物学。,59,57-103(1993年)
[49] Ponnuswamy,P.K。;Gromiha,M.M.,《关于折叠蛋白质的构象稳定性》,J.Theor。生物学,166,63-74(1994)
[50] Ponnuswamy,P.K。;Prabhakaran,M。;Manavalan,P.,球形蛋白质中氨基酸残基的疏水堆积和空间排列,生物化学。生物物理学。《学报》,623301-316(1980)
[51] 鲁曼,M。;Gills,D.,《基于知识潜能的不同推导及其稳健性和上下文相关预测能力分析》,《欧洲生物化学杂志》。,254, 135-143 (1998)
[52] 罗斯,G.D。;Wolfenden,R.,《氢键、疏水性、包装和蛋白质折叠》,年。生物物理学评论。生物摩尔。结构。,22, 381-415 (1993)
[53] Saito,M.,《具有所有自由度和长程库仑相互作用的溶液中蛋白质的分子动力学/自由能研究》,J.Phys。化学。,99, 17043-17048 (1995)
[54] Sali博士。;Bycroft,M。;Fersht,A.R.,通过α-螺旋偶极子与带电侧链的相互作用稳定蛋白质结构,《自然》,335740-743(1988)
[55] 桑德斯,D.H。;工程师R.J。;Murph,A.F.,《统计学:一种全新的方法》(1985),McGraw-Hill:McGraw-Hill纽约
[56] 塞拉诺,L。;霍洛维茨,A。;Avron,B。;Bycroft,M。;Fersht,A.R.,《利用双突变循环评估工程表面静电相互作用对蛋白质稳定性的贡献》,《生物化学》,299343-9352(1990)
[57] 肖特,D。;Stites,W.E。;Meeker,A.K.,大疏水性氨基酸对葡萄球菌核酸酶稳定性的贡献,生物化学,298033-8041(1990)
[58] 苏,S。;Gao,Y.G。;张,H。;Terwilliger,T.C。;Wang,A.H.,用X射线晶体学分析Ff噬菌体基因V蛋白的三个表面突变体(R82C、K69H和L32R)的稳定性和功能,蛋白质科学。,6, 771-780 (1997)
[59] Y.Sugita。;Kitao,A.,蛋白质稳定性对变性状态结构的依赖性:人类溶菌酶中I56V突变的自由能计算,Biophys。J.,75,2178-2187(1998)
[60] Sun博士。;美国绍尔。;Nicholson,H。;Matthews,B.W.,工程表面盐桥对通过定向突变测定的T4溶菌酶稳定性的贡献,生物化学,307142-7153(1991)
[61] 高野,K。;Ogasahara,K。;Kaneda,H。;Yamagata,Y。;富井,S。;Kanaya,E。;菊池,M。;Oobatake,M。;Yutani,K.,疏水残基对人类溶菌酶稳定性的贡献:五种异亮氨酸到缬氨酸突变体的量热研究和X射线结构分析,分子生物学杂志。,254, 62-76 (1995)
[62] 高野,K。;Yamagata,Y。;富井,S。;Yutani,K.,疏水效应对人类溶菌酶稳定性的贡献:九个缬氨酸到丙氨酸突变体的量热研究和X射线结构分析,生物化学,36,688-698(1997)
[63] 高野,K。;山形,Y。;Funahashi,J。;Hioki,Y。;Kuramitsu,S。;Yutani,K.,分子内和分子间氢键对人类溶菌酶构象稳定性的贡献,生物化学,3812698-12708(1999)
[64] 高野,K。;Yamagata,Y。;Yutani,K.,埋藏的水分子有助于蛋白质的构象稳定性,蛋白质工程,16,5-9(2003)
[65] 潮汐,B。;Karplus,M.,T4溶菌酶的稳定性突变体R96H的模拟分析,生物化学,303217-3228(1991)
[66] 公元前提索。;Vuilleumier,S。;Fersht,A.R.,两个埋藏盐桥在谷胱甘肽酶稳定性和折叠途径中的重要性,生物化学,356786-6794(1996)
[67] Wilcock,D。;马萨诸塞州皮萨巴罗。;埃尔南德斯,E.L。;塞拉诺,L。;Coll,M.,《两个CheY突变体的结构分析:氢键对蛋白质稳定性贡献的重要性》,《晶体学报》。,D54378-385(1998)
[68] 徐,J。;Baase,W.A。;鲍德温,E。;Matthews,B.W.,T4溶菌酶对核心内大到小取代的反应及其与疏水效应的关系,蛋白质科学。,7, 158-177 (1998)
[69] 尤塔尼,K。;小笠原,K。;Tsujita,T。;Sugino,Y.,在色氨酸合成酶α亚基的独特位置被取代的一系列变异蛋白质中氨基酸残基的疏水性对构象稳定性的依赖性,Proc。国家。阿卡德。科学。美国,84,4441-4444(1987)
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