醇和尿素被用作蛋白質(zhì)變性劑，但其助溶劑作用的機(jī)制仍然是一個(gè)謎。通過計(jì)算模擬，日本的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)證明了這種差異是如何產(chǎn)生的——尿素與蛋白質(zhì)的主鏈相互作用，而醇2,2,2-三氟乙醇與極性側(cè)鏈相互作用。因此，計(jì)算方法可以加快選擇用于調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的共溶劑。
當(dāng)在體外(在其天然環(huán)境外)操縱蛋白質(zhì)的展開和再折疊時(shí)，控制不穩(wěn)定過程是重要的。為此，尿素和酒精被用作共溶劑，少量的物質(zhì)和水一起加入，以使蛋白質(zhì)不穩(wěn)定和變性。尿素會干擾一種天然蛋白質(zhì)，使其產(chǎn)生無序的螺旋狀結(jié)構(gòu)，而酒精的干擾則會產(chǎn)生螺旋狀結(jié)構(gòu)。對助溶劑作用機(jī)理的研究表明，蛋白質(zhì)在天然狀態(tài)和變性狀態(tài)之間的穩(wěn)定性與助溶劑如何與每種狀態(tài)結(jié)合有關(guān)。助溶劑與蛋白質(zhì)的天然或變性狀態(tài)的結(jié)合是由優(yōu)先結(jié)合參數(shù)(PBPs)控制的，即與蛋白質(zhì)的特異性相互作用。不幸的是，在共溶劑存在下影響蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的分子機(jī)制尚不完全清楚。
但是，是否有可能精確地指出尿素和酒精等共溶劑與蛋白質(zhì)相互作用的區(qū)別呢?來自日本的一組研究人員最近使用一種工具解決了這個(gè)問題，該工具解釋了助溶劑如何與蛋白質(zhì)相互作用，并預(yù)測了蛋白質(zhì)、水和助溶劑之間最重要的結(jié)合關(guān)系。“我們希望更深入地了解助溶劑如何在溶液中穩(wěn)定蛋白質(zhì)的天然或變性狀態(tài)。因此，我們利用計(jì)算模擬來確定PBPs，并揭示尿素和2,2,2-三氟乙醇(TFE)如何誘導(dǎo)它們相反的共溶劑效應(yīng)，”岡山大學(xué)跨學(xué)科科學(xué)研究所副教授、團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Tomonari Sumi說。此外，岡山大學(xué)的Noa Nakata女士和Kenichiro Koga博士、兵庫大學(xué)的Ryuichi Okamoto博士、千葉大學(xué)的Takeshi Morita博士和永濱生物科學(xué)與技術(shù)研究所的Hiroshi Imamura博士參與了這項(xiàng)研究，并作為共同作者在2023年8月25日發(fā)表在《蛋白質(zhì)科學(xué)》上的這項(xiàng)研究。
該團(tuán)隊(duì)研究了酵母蛋白GCN4-p1的天然狀態(tài)和變性狀態(tài)之間的助溶劑依賴性穩(wěn)定性，GCN4-p1具有由線圈和螺旋組成的明確的天然結(jié)構(gòu)。這使得它非常適合使用分子動力學(xué)模擬來研究TFE在水中的螺旋穩(wěn)定性和尿素的線圈穩(wěn)定性，分子動力學(xué)模擬是一種預(yù)測蛋白質(zhì)中原子在給定時(shí)間內(nèi)運(yùn)動的計(jì)算方法。
“我們能夠預(yù)測兩種共溶劑的合適的超額優(yōu)先結(jié)合(EPB)。首先，TFE與GCN4-p1螺旋側(cè)鏈之間的靜電相互作用產(chǎn)生EPB，使螺旋穩(wěn)定。其次，尿素和GCN4-p1主鏈線圈之間的分散和靜電相互作用有助于EPB，穩(wěn)定線圈，”Sumi博士解釋說。
此外，該小組的模擬數(shù)據(jù)與TFE和尿素的螺旋和線圈穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合。通過這種方式，研究小組證明了這些相互作用產(chǎn)生了相反的共溶劑效應(yīng)。在蛋白質(zhì)-助溶劑-水的三角關(guān)系中，TFE的羥基被吸引到蛋白質(zhì)的極性側(cè)鏈上，而尿素優(yōu)先結(jié)合到蛋白質(zhì)的肽主鏈上。這是一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槿藗兛梢杂行У仡A(yù)測助溶劑可能引起的潛在結(jié)構(gòu)變化。
該團(tuán)隊(duì)對他們的研究的廣泛影響感到興奮，因?yàn)樗ㄟ^利用計(jì)算資源解決了共溶劑篩選的問題。“我們相信這些發(fā)現(xiàn)將為整個(gè)工業(yè)和醫(yī)學(xué)的蛋白質(zhì)穩(wěn)定帶來成果。本研究中應(yīng)用的分析方法大大減少了了解共溶劑如何影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性所需的時(shí)間。這可以幫助我們繞過涉及耗時(shí)的自由能計(jì)算的更傳統(tǒng)的方法，”Sumi博士總結(jié)道。
作為日本的頂尖大學(xué)之一，岡山大學(xué)旨在為世界的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造和建立新的范例。岡山大學(xué)提供廣泛的學(xué)術(shù)領(lǐng)域，成為綜合研究生院的基礎(chǔ)。這不僅使我們能夠進(jìn)行最先進(jìn)和最新的研究，而且還提供了豐富的教育經(jīng)驗(yàn)。
Sumi Tomonari博士于1999年在日本九州大學(xué)獲得博士學(xué)位。他目前是日本岡山大學(xué)跨學(xué)科科學(xué)研究所的副教授。Sumi博士的研究領(lǐng)域包括生命科學(xué)、生物物理學(xué)、基礎(chǔ)物理化學(xué)和生物信息學(xué)。
（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2023-10） | 
