• 沒有找到結果。

 

Chymotrypsin inhibitor 2 (CI2) is a monomeric protein of 64 residues and  folds  by  simple  two‐state  kinetics.  The  only  well  developed  region  during  intermediate  state  is  an  N‐terminal  α‐helix  and  some  distant  residues  in  sequence which contact with it. The α‐helix packs with the β‐sheet to form the  hydrophobic core. Studies31,32 showed that the slowest exchange‐rate residues  are located in the C‐terminus of the α‐helix (I20‐I21) and the central strand of  β‐sheet (V47, L49‐V51); the other slowest exchange amide protons are K11(β2),  I30 and L32 (β3).   

 

 

Figure  1.6  Conformational  entropy  profile  of  chymotrypsin  inhibitor  2.  Residues  with  the  slowest exchanging protons (blue) and the lowest conformational entropy (red) are labeled. 

 

Figure  1.6  shows  that  most  residues  having  the  lowest  conformational  entropy  overlap  with  those  of  the  slowest  hydrogen  exchange  rates,  except  K11. Most of them are on the α‐helix, β‐strands 3 and 4. Figure 1.7 compares  the spatial distribution of the lowest conformational entropy and the slowest  exchange‐rate regions on ribbon diagram of CI2. 

 

 

 

Figure 1.7 Spatial distribution of residues with the slowest exchanging protons (blue) and the  lowest conformational entropy (red) on the ribbon diagram of chymotrypsin inhibitor 2.

13

Cytochrome c 

 

  Hydrogen  exchange  study33  shows  that  the  slowest  exchanging  amide  protons are located in the three major helical segments of cytochrome c. F10  (N‐helix) and L94‐K99 (C‐helix) carry the slowest exchanging amide protons.   

 

 

Figure  1.8  Conformational  entropy  profile  of  cytochrome  c.  Residues  with  the  slowest  exchanging protons (blue) and the lowest conformational entropy (red) are labeled. 

 

  Figure  1.8  shows  the  conformational  entropy  profile  of  cytochrome  c. 

I9‐V11 and D93‐L98 are the residues having the lowest entropy values which  match the slowest exchanging residues on N‐helix and C‐helix suggested by  experiment. Note that the 60’s helix also has relative low entropy values. This  is  consistent  with  the  experimental  results  that  the  next  slowest  exchanging  amide  protons  are  located  in  the  60’s  helix.  Figure  1.9  shows  the  spatial  distribution  of  residues  with  the  slowest  exchanging  protons  and  the  lowest  conformational entropy on ribbon diagram of cytochrome c. 

 

 

 

Figure 1.9 Spatial distribution of residues with the slowest exchanging protons (blue) and the  lowest conformational entropy (red) on the ribbon diagram of cytochrome c. 

 

15

Equilibrium Protein Folding   

  Cytochrome  c  is  a  good  model  system  in  studies34‐36  of  protein  folding  and  unfolding.  Under  native  conditions,  most  proteins  exist  in  their  unique  native conformation. However some of them also exist in higher energy states  and  continue  to  cycle  through  totally  unfolded  states  and  partially  folded  states. These non‐native forms are usually hard to be detected because of the  abundant native conformational signals. Hydrogen exchange experiment can  be  used  to  detect  these  partially  folded  conformations  and  define  the  unfolding units of proteins. 

 

  Through  HX  studies34‐36,  there  are  four  cooperative  unfolding  units  defined in  cytochrome c: the blue bi‐helix (B), the green Ω loop  and the 60’s  helix  (G)  ,  the  yellow  (Y)  and  the  red  Ω  loop  (R)  in  the  order  of  decreasing  unfolding  free  energy.  These  unfolding  units  may  define  the  folding  and  unfolding  pathways  of  cytochrome  c  by  forming  various  intermediates  through different combinations. 

 

 

Y G R

Figure  1.10  Conformational  entropy  profile  of  each  unfolding  unit  of  cytochrome  c  and  the  corresponding average values. 

 

  Figure  1.10  shows  the  conformational  entropy  profile  of  each  unfolding  unit  and  the  corresponding  average  values.  Unit  B  has  the  lowest  average  conformational entropy, unit G has second lowest entropy, and then Y, and R. 

The  order  of  increasing  conformational  entropy  follows  the  order  of  decreasing unfolding free energy.   

 

17

Barnase 

 

Barnase  has  three  α‐helices  and  a  five‐stranded  β‐sheet.  The  first  helix  packs onto the β‐sheet to form the major hydrophobic core of the protein. The  second and the third α‐helices pack onto another side of the β‐sheet to form a  smaller hydrophobic core.   

 

 

Figure 1.11 Conformational entropy profile of barnase. Residues with the slowest exchanging  protons (blue) and the lowest conformational entropy (red) are labeled. 

 

Figure  1.11  shows  the  conformational  entropy  profile  of  barnase. 

Previous  study37,38  showed  that  L14,  I25,  A74,  L89  and  Y97  have  the  lowest  exchange rates. L14 on the first α‐helix and I25, A74 ad L89 on the β‐sheet are  located  in  the  major  hydrophobic  core  of  the  protein.  Y97  is  in  the  center  of  the  smaller  hydrophobic  core  formed  by  the  two  smaller  helices  and  part  of  the  β‐sheet.  Figure  1.12  shows  the  spatial  distribution  of  residues  with  the  slowest  exchanging  protons  and  the  lowest  conformational  entropy  on  the  ribbon diagram of barnase. 

 

Figure  1.12  Spatial  distribution  of  residues  with  the  slowest  exchanging  protons  (blue)  and  the lowest conformational entropy (red) on the ribbon diagram of barnase.

19

α‐Lactalbumin 

 

α‐lactalbumin  is  a  calcium‐binding  protein  which  consists  of  a  β‐sheet  domain  and  a  α‐helical  domain.  The  helical  domain  is  composed  of  four  helices:  helix  A  (C6‐E11),  helix  B  (P24‐S34),  helix  C  (D87‐D97)  and  helix  D  (D102‐  L105).  Previous  studies39,40  showed  that  in  the  helical  domain,  the  C‐helix is the most protected, having the lowest exchanging rate, followed by  the B and then the A‐helix.   

 

 

Figure  1.13  Conformational  entropy  profile  of  α‐lactalbumin.  Residues  with  the  slowest  exchanging protons (blue) and the lowest conformational entropy (red) are labeled. 

 

Figure 1.13 shows the profile of the conformational entropy. The residues  in  C‐helix  have  the  lowest  conformational  entropy  and  the  residues  which  have second lowest conformational entropy are located in helix B and helix A. 

The regions which have low conformational entropy are consistent with those  having  slow  exchanging  rate39,40.  Note  that  a  previous  study40  showed  that  helix D exchanges too fast and the exchanging rates are not measurable. Our  calculation also indicates that helix D has high conformational entropy. Figure  1.14  shows  the  spatial  distribution  of  residues  with  the  slowest  exchanging 

protons  and  the  lowest  conformational  entropy  on  the  ribbon  diagram  of  α‐lactalbumin. 

   

Figure  1.14  Spatial  distribution  of  residues  with  the  slowest  exchanging  protons  (blue)  and  the lowest conformational entropy (red) on the ribbon diagram of α‐lactalbumin.

21

Cardiotoxin III 

 

Cardiotoxin  III  (CTX  III)  is  a  60‐amino  acid,  all  β‐sheet  protein.  The  secondary  structure  of  CTX  III  includes  five  β‐strands  forming  double  and  triple‐stranded anti‐parallel β‐sheets. Hydrogen exchange study41 on CTX III  showed  that  residues  K23,  I39,  and  Y51‐N55  constitute  the  hydrophobic  cluster of the protein. 

 

 

Figure 1.15 Conformational entropy profile of CTX III. Residues with the slowest exchanging  rotons (blue) and the lowest conformational entropy (red) are labeled. 

 

 

d  Figure spatial 

the  lowest  conformational entropy on the ribbon diagram of cardiotoxin III. 

 

p

Figure  1.15  shows  the  conformational  entropy  profile  of  CTX  III. Our  calculation  of  low  conformational  entropy  residues  covers  most  of  the  slow  exchange resi ues (Y22‐M24, V52).  1.16 shows the  distribution  of  residues  with  the  slowest  exchanging  protons  and 

 

Figure  1.16  Spatial  distribution  of  residues  with  the  slowest  exchanging  protons  (blue)  and  the lowest conformational entropy (red) on the ribbon diagram of CTX III.

23

Ribonuclease H 

 

Ribonuclease  H  (RNaseH)  is  a  155‐residue  protein  with  four  α‐helices  packing with a five‐stranded β‐sheet. A previous study42 showed that helix A  (T43‐L56) and helix D (V101‐L111) are the most stable regions in the protein. 

   

 

Figure  1.17  Conformational  entropy  profile  of  ribonuclease  H.  Residues  with  the  slowest  exchanging protons (blue) and the lowest conformational entropy (red) are labeled. 

 

Figure  1.17  shows  the  conformational  entropy  profile  of  RNaseH.  The  slowest  exchanging  residues  are  L49‐I53  and  A55‐L56  which  are  located  on  helix  A.  The  conformational  entropies  of  L49‐V54  are  the  lowest  from  our  calculation.  L107  on  helix  D  also  has  slow  exchanging  rate  and  its  conformational  entropy  is  relative  low.  Figure  1.18  shows  the  spatial  distribution  of  residues  with  the  slowest  exchanging  protons  and  the  lowest  conformational entropy on the ribbon diagram of RNaseH. 

 

 

 

Figure  1.18  Spatial  distribution  of  residues  with  the  slowest  exchanging  protons  (blue)  and  the lowest conformational entropy (red) on the ribbon diagram of

 

ribonuclease H.

25

相關文件