蛋白折叠中的暂态结构与表面水分子慢尺度动力学

蛋白表面水的慢尺度动力学行为往往被认为与蛋白的结构稳定性、功能以及折叠过程有关,但在分子水平上,还不清楚水分子的慢尺度动力学如何参与蛋白折叠过程.以Trp-cage蛋白作为个案,本文利用40条100ns(总长4μs)的全原子分子动力学轨迹,分析了蛋白折叠过程中蛋白表面水分子的停留行为,并探究影响蛋白表面水分子慢尺度行为的微观因素.结果发现,即使在蛋白折叠过程中蛋白拓扑结构变化很大,残基之间也会形成稳定的局部暂态结构.这些结构为水分子提供饱和、稳定的氢键,通过与水分子之间的极性相互作用,以及凹形的几何结构,约束水分子长时停留,我们称之为"停留中心".停留中心的形成是引起水分子慢尺度行为的重要因素.另外,停留中心的分布与蛋白折叠的进程有密切关系,特别地,在折叠轨迹中,疏水核周围的残基组成了一个主要的停留中心.研究结果不但有助于解释水分子慢尺度特征行为的来源,还可以为实验中通过研究水分子在蛋白附近的慢尺度行为,揭示蛋白折叠过程中的关键步骤提供一些启发.