多聚体蛋白中的变构与协同性：ATCase中的键到键倾向性

天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）是一种具有六个活性位点的大型十二聚体酶，表现出变构现象：其催化速率受到远离活性位点的不同底物结合的调节。最近发展的一种方法——键到键倾向性分析，已证明能够使用由蛋白质结构获得的能量加权原子图并仅给定活性位点位置的知识，预测广泛蛋白质中的变构位点。键到键倾向性通过分析能量在蛋白质图中的传播，确定给定键上的能量涨落是否对蛋白质中任何其他键有显著影响。在这项工作中，我们使用键到键倾向性分析，借助三种不同的蛋白质结构和涨落来源，研究 ATCase 活性的不同方面。首先，我们通过将变构底物结合作为蛋白质图中能量扰动的来源，预测参与 ATCase 非活性（T）态与活性（R）态之间转变的关键残基和键。我们的计算结果还表明，多个变构结合的效果是非线性的：在特定数量和排列的底物结合后观察到切换效应，表明远距离排列的变构位点之间存在某种长程通讯。其次，通过考虑双底物类似物作为活性位点处能量涨落的来源来探索协同性，这也导致了识别对 T-R 转变高度显著且增强活性位点间协同性的残基。最后，非活性（T）结构显示出变构位点与催化亚基界面之间而非与活性位点之间的强非线性通讯。