溶剂种类对蛋白质稳定结构的普适效应

我们基于自由能函数(FEF)研究溶剂特异性对蛋白质天然结构(NS)稳定性的影响。我们使用CPB溴结构域(CBP-BD)和脱辅基质蓝蛋白(apoPC)作为蛋白质整体的代表,并使用水、甲醇、乙醇和环己烷作为溶剂。CBP-BD和apoPC的天然结构分别由66%的$\alpha$-螺旋、以及35%的$\beta$-折叠和4%的$\alpha$-螺旋组成。为了评估给定蛋白质浸没于每种溶剂中的结构稳定性,我们将其天然结构的FEF与若干人工构建、具有相同的氨基酸序列但拓扑结构和$\alpha$-螺旋与$\beta$-折叠含量显著不同的错误折叠诱饵结构进行对比。我们发现,对于CBP-BD和apoPC,在甲醇、乙醇和环己烷中能量项占主导,这些溶剂中最稳定的结构具有相同的特征,即$\alpha$-螺旋的缔合。在水中,熵项与能量项同样强甚至更强,水的大量平动、构型熵增益变得至关重要,因此$\alpha$-螺旋和$\beta$-折叠的相对含量以及总二级结构含量被精心选择以实现侧链足够紧密的堆积。我们的分析所需计算量极小,可应用于任意浸没于任意溶剂中的蛋白质,并提供与不同溶剂环境中蛋白质实验观察相当一致的稳健预测,从而为更详细地理解折叠过程铺平道路。