空腔水主导胰岛素的缔合与释放：基于实验数据与分子动力学模拟的推断
生物大分子
2017-10-25 v1
摘要
尽管广泛存在的激素胰岛素的单体是人体内的生物活性形式，其六聚体组装体充当高效的储存单元。然而，水分子在胰岛素六聚体结构、稳定性和动力学中的作用鲜为人知。在此，我们结合实验数据与分子动力学模拟，以水分子的作用为重点研究胰岛素六聚体的形状、结构与稳定性。X射线分析和计算机模拟均表明，六聚体空腔核心呈桶状，平均容纳十六个水分子。这些被包裹受限的分子赋予六聚体结构稳定性。除了与Zn2+离子的静电相互作用外，空腔水与邻近蛋白质残基之间复杂的氢键网络稳定了六聚体缔合。这些水分子溶剂化空腔内的六个谷氨酸残基，减小了带负电羧酸根基团间的静电排斥。它们还阻止谷氨酸残基与Zn2+离子结合，并维持空腔的完整性。模拟显示，移除这些水会导致空腔坍塌。后续分析还表明，这些水分子与面向空腔内侧的蛋白质残基之间的氢键网络比本体溶剂更刚性、弛豫更慢。空腔水动力学揭示了某些慢速水分子，它们构成了稳定氢键网络的骨架。本文分析表明，结构保守的水分子在维持六聚体组装体完整性以及潜在调节该组装体解离为功能性单体形式中起着主导作用。
引用
@article{arxiv.1710.08443,
title = {Cavity Waters Govern Insulin Association and Release: Inferences from Experimental Data and Molecular Dynamics Simulations},
author = {Saumyak Mukherjee and Sayantan Mondal and Ashish Anilrao Deshmukh and Balasubramanian Gopal and Biman Bagchi},
journal= {arXiv preprint arXiv:1710.08443},
year = {2017}
}