天然球状蛋白中由旋转异构体定义的构象体的理想气体行为

蛋白质构象转变对于功能至关重要，当关注包含溶质和溶剂分子的分子系统时，这种转变可由熵或焓驱动。揭示特定分子过程的热力学起源是一项重要但困难的任务，而支配蛋白质构象分布的普遍原则仍然难以捉摸。在此，我们证明当将蛋白质分子视为热力学系统并将溶剂视为环境时，构象熵是自由能的极佳代理，足以解释蛋白质构象分布。具体而言，通过将侧链扭转状态的每种独特组合定义为一个构象体，任意给定序参量上的种群分布（或自由能）近似为构象熵的线性函数。此外，观察到各种微观势能项的跨度与构象熵和自由能均高度相关。目前广泛使用的自由能代理，包括最小势能、平均势能项本身或其与振动熵的组合，被发现与自由能的相关性较差。因此，我们的发现为开发显著更可靠和高效的下一代计算工具提供了全新的理论基础，在这些工具中，可用构象体的数量而非微观构型的势能是核心关注点。我们预计许多相关研究领域，包括基于结构的药物设计与发现、蛋白质设计、对接以及涉及蛋白质的一般分子间相互作用预测，都将从中受益匪浅。