水合作用与动力学对单体蛋白质质量密度的影响

蛋白质分子的密度是多种实验技术中关键的性质。我们提出了一种计算方法，用于确定蛋白质质量密度，显式地包含水合效应。该方法利用分子动力学模拟量化蛋白质排除的体积。应用于260个可溶性蛋白质的数据集后，得出的平均密度为1.296 g cm-3，显著低于广为引用的1.35 g cm-3的数值。与先前的假设不同，我们发现蛋白质密度与分子量没有相关性。我们发现与残基组成密切相关，特别是疏水性氨基酸含量。利用这些相关性，我们训练了一个回归模型，能够仅从序列派生特征准确预测蛋白质密度。检查纳入水分子对测量密度的影响后，我们发现位于内部空腔中的水分子影响微乎其微，而位于表面的水分子则产生深远影响。此外，通过计算肌动蛋白域和牛肝胰胰胰酶的密度，并沿分子动力学轨迹观察，我们显示单个蛋白质可占据接近但可区分的密度状态。最后，我们分析了蛋白质附近水的密度，表明前两层水合层的密度高于浓度水。当包含在累计密度计算中时，这些水合层会导致局部溶剂密度的净增加。总体而言，我们发现蛋白质的密度低于以前报告的数值，而其生物学上能力诱导附近水的更高密度。