拥挤效应对泛素机械稳定性与去折叠路径的影响

细胞内部是拥挤的，因此评估大分子对蛋白质折叠的影响至关重要。利用自组织聚合物(SOP)模型（一种多肽链的粗粒化表示），我们探测了在单分散球形拥挤剂存在下泛素(Ub)单体与三聚体((Ub)$_3$)的机械稳定性。拥挤作用增加了使Ub和多聚蛋白去折叠所需的、依赖于体积分数($\Phi_c$)的平均力($<f_u(\Phi_c)>$)，相对于$\Phi_c = 0$时的值。对于给定的$\Phi_c$，$<f_u(\Phi_c)>$的值随拥挤粒子直径($\sigma_c$)的减小而增大。平均去折叠力$<f_u(\Phi_c)>$取决于比值$\frac{D}{R_g}$，其中$D \approx \sigma_c (\frac{\pi}{6 \Phi_c})^{{1/3}}$，$R_g$是Ub（或(Ub)$_3$）在去折叠状态下的回转半径。对去折叠路径的考察表明，相对于$\Phi_c = 0$的情况，拥挤促进了破裂二级结构元件的重新结合。在拥挤粒子存在下，(Ub)$_3$的去折叠路径性质和$<f_u(\Phi_c)>$均发生改变，这种效应对最后去折叠的亚基最为显著。基于SOP模拟和理论论证，我们预测$<f_u(\Phi_c) > \sim \Phi_c^{\frac{1}{3\nu}}$，其中$\nu$是描述蛋白质去折叠（无规卷曲）状态的弗洛里指数。