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蛋白质的本质无序区(IDRs)通常以高比例的带电残基为特征，但其总体净电荷和带电残基的组织不同。通过IDR电荷组成和组织存储的功能编码信息仍然难以捉摸。在这里，我们的目标是通过对人类、小鼠和酵母蛋白质组中idr的电荷特性进行全面的生物信息学分析来破译idr中的序列-功能关系。大约50%的蛋白质至少包含一个带正电荷或负电荷的IDR。与带正电的idr相比，带负电的idr更长，每残留物的净电荷更大。带正电荷和负电荷的idr之间的显著区别是重复单元的特征，特别是连续的Lys或Arg残基(K/R重复序列)和Asp或Glu残基(D/E重复序列)。D/E重复序列比K/R重复序列长约5倍，最长的有49个残基。长串连续的D和E被发现在核酸相关蛋白中更为普遍。它们在原核生物中不太常见，而在真核生物中，它们的丰度随着基因组大小的增加而增加。讨论了D/E重复序列的功能作用及其与K/R重复序列的深刻区别。

尽管在无膜细胞器中不断发现主客体蛋白，但复杂的主客体相互作用阻碍了对控制液-液相分离的分子语法的理解。在本研究中，我们利用单分子荧光显微镜研究了客体蛋白在液滴中的定位和动态特性。在宿主p53液滴中检测了18种不同大小、结构和寡聚态的客体蛋白。募集量与客体蛋白的结构性质没有显著关系，但与客体蛋白的长度、总电荷以及R和Y残基的数量有一定的相关性。相比之下，无序客体蛋白的扩散与宿主p53相当，而折叠蛋白的扩散差异很大。分子动力学模拟表明，折叠的蛋白质在液滴的空隙内扩散，同时与相邻的宿主蛋白质相互作用微弱，而无序的蛋白质调整其结构，与宿主蛋白质形成紧密的相互作用。我们的研究为客体蛋白在液滴中的定位和动力学的关键分子原理提供了见解。

DNA结合蛋白依靠其对DNA的非特异性静电亲和力，沿DNA纵向轴的线性扩散来寻找它们的目标识别位点。因此，人们可能会认为，所有DNA结合蛋白都具有沿DNA进行线性扩散的能力，这种扩散的详细生物物理特征在蛋白质之间有所不同，这取决于它们的结构和功能。一个关键的问题是，线性扩散机制是否由平移与旋转耦合来定义，这种机制通常被称为滑动。我们进行粗粒度和原子分子动力学模拟，以研究蛋白质沿DNA滑动的最低要求。我们的研究表明，耦合虽然普遍存在，但并非普遍存在。在较高的盐浓度下，DNA结合蛋白沿着DNA过渡到不耦合的翻译旋转(即跳跃)。此外，与实验报告一致，我们发现滑动机制是一些dna结合蛋白的次要机制，即使在低盐浓度下也是如此。特别地，环状PCNA蛋白显示出遵循跳跃而不是滑动机制。

呼吸道和肠道在吸入空气和食物时暴露在物理和生物危害之下。同样，血管系统也受到炎症和创伤的威胁。黏蛋白糖蛋白和相关的血管性血友病因子保护脆弱的细胞层在这些不同的系统。结肠粘蛋白还能容纳和喂养肠道微生物群。在这里，我们提出了肠道黏蛋白MUC2的综合结构分析。我们的研究结果揭示了负责凝血、粘液纤毛清除和肠粘膜屏障的复杂大分子形成保护性聚合物和水凝胶的共同机制。具体来说，冷冻电子显微镜和晶体结构显示了富含二硫化物的桥和ph可调界面如何控制内质网和高尔基体中的连续组装步骤。值得注意的是，密集的o -糖基化粘蛋白结构域在MUC2中发挥组织作用。黏蛋白的组装机制及其对止血的适应性为合理调控屏障功能和凝血提供了基础。

具有内在无序区域的蛋白质在体外和体内都有通过液-液相分离冷凝的倾向。这种生物分子凝聚物在生物学的重要调控过程中发挥着各种重要作用。目前的工作探索了由模型聚两性电解质形成的凝聚体的结构和动态特征，本质上是无序的蛋白质，在其带电氨基酸模式方面有所不同。带电氨基酸沿多两性电解质序列分布的差异导致了致密相中明显不同的结构特征，从而导致了不同的液体性质。电荷聚簇的增加提高了相分离的临界温度，并导致每个聚两性电解质与凝析液中相邻蛋白质经历更多的链间接触。因此，具有更大电荷聚类的聚两性电解质采用更广泛的构象，具有高达稀体相中观察到的两倍的旋转半径。液滴内的平移扩散是明显的，仅比本体慢4-20倍，与致密相中的高构象熵和凝析液中分子间相互作用网络的高交换率一致。随着扩散速度的加快，冷凝物的形状也变得更加细长，堆积不完善，从而产生空腔。这项研究量化了凝析液的基本微观性质，包括远程静电力的影响，特别是它们如何被电荷模式调制。

热力学稳定性是蛋白质的一个重要特性，它与蛋白质分子及其功能的许多特性的权衡有关。考虑到折叠态和未展开态的焓和熵之间的内在平衡，设计一种具有理想稳定性的蛋白质是一项复杂的任务。传统上，蛋白质的稳定性是由点突变控制的，点突变调节折叠态焓。在某些情况下，未展开态的熵也可以通过严格限制其构象动力学的方法来控制，如工程二硫键。在这篇小综述中，我们调查了各种方法来修改蛋白质的稳定性，通过操纵展开或折叠状态的熵。我们表明，涉及消除远程接触的点突变可能比消除短程接触的突变具有更大的不稳定效应。蛋白质偶联也会影响未展开态的熵，从而影响整体稳定性。此外，我们表明熵可以有助于形成折叠态，并产生更大的蛋白质稳定性。因此，我们认为熵分量可以在折叠和展开状态下进行实际操作，以修改蛋白质的稳定性。

DNA序列通常被多结构域蛋白识别，它们可能比单结构域蛋白具有更高的亲和力和特异性。然而，对DNA的高亲和力可能伴随着较慢的识别动力学。在本研究中，我们解决了多结构域Cys(2)His(2)- (C2H2-)型锌指(ZF)蛋白稳定性和动力学之间的平衡。这些蛋白是真核生物中最常见的dna结合域，C2H2型锌指蛋白(C2H2- zfps)构成了人类中所有已知和预测的转录因子的近一半。通过串联ZF结构域与DNA的广泛接触赋予了序列特异性复合物的高稳定性。然而，这可能会限制目标搜索效率，特别是对于低丰度ZFPs。此前，我们发现低丰度转录因子Egr-1的三个ZF结构域之间静电电荷的不对称分布促进了其DNA搜索过程。本研究中，在由3-15个串联ZF结构域组成的273个人类C2H2-ZFP上，我们发现，在许多情况下，静电荷和结合特异性在ZF结构域之间不对称分布，因此邻近的结构域具有不同的dna结合特性。对于含有3-6个ZF结构域的蛋白质，我们发现低丰度蛋白质具有更高程度的非特异性不对称性，反之亦然。我们的研究结果表明，当串联ZF结构域的静电相似(即对称)时，zfp更丰富，以优化其DNA搜索效率。 This study reveals new insights into the fundamental determinants of recognition by C2H2-ZFPs of their DNA binding sites in the cellular landscape. The importance of electrostatic asymmetry with respect to binding site recognition by C2H2-ZFPs suggests the possibility that it may also be important in other ZFP systems and reveals a new design feature for zinc finger engineering.Author summaryOptimal recognition of proteins to DNA is governed by various factors among them the thermodynamics, kinetics and specificity of the protein-DNA complex. Multi-domain DNA-binding proteins are expected to have higher affinity and specificity due to the extensive interface they form with DNA. However, larger interface may result with higher friction when these proteins scan the DNA for the target site via the sliding mechanism. A way to overcome this drawback is to have asymmetry in the protein so that the interface with DNA is smaller. Alternatively, higher abundance can also increase the search speed. Here, using computational analysis of large data set of multi-domain zinc finger DNA-binding proteins, we report a trade-off between asymmetry and abundance.

蛋白质受到各种相互冲突的力量的影响，相互权衡。例如，在折叠过程中，蛋白质以较低的熵为代价获得较低的焓。同样，增加稳定性的代价可能是降低灵活性，这可能会取消变构途径。因此，稳定性与功能相权衡，这也可能与折叠动力学和机制相权衡。此外，获得更高的稳定性可能会降低蛋白质采用新功能的能力。理解蛋白质的生物物理学和功能需要量化每一种权衡所涉及的驱动力。事实上，量化权衡网络中的联系对于获得对蛋白质结构和功能的更完整的理解至关重要。

目前的报告扩展了促进扩散模型，以解释DNA结合蛋白(DBPs)在搜索DNA并随后识别并结合到其特定的结合位点时所采用的搜索和识别结合模式之间的冲突。搜索动态的速度由蛋白质- dna景观的能量强度决定，而识别过程的速度主要由DBP搜索和识别结合模式之间转换的自由能势垒决定。我们表明，这两种模式是负耦合的，这样快速一维滑动和快速目标站点识别概率不太可能共存。因此，要在优化查找和绑定目标站点的时间尺度之间进行权衡。我们发现这两种动力学特性可以通过优化挫折来平衡，从而为整个目标搜索和识别过程提供一个快速的时间尺度。通过包含挫折项来量化促进扩散模型，使其能够解释有关搜索和识别速度的几个实验观察。扩展模型捕获蛋白质- dna景观的能量崎岖的实验估计，并预测蛋白质- dna结合的各种分子特性如何影响识别动力学。特别是，点突变可能改变挫败感，从而影响蛋白质与DNA的关联，从而提供了一种通过操纵蛋白质的关联或解离反应来调节蛋白质-DNA亲和力的手段。

单链DNA (ssDNA)或单链RNA (ssRNA)的识别对于许多基本的细胞功能是重要的。进化出了多种单链dna结合蛋白(ssDBPs)和单链rna结合蛋白(ssRBPs)，它们分别结合ssDNA和ssRNA，具有不同程度的亲和性和特异性，形成复合物。对这些复合物的结构研究为它们的识别机制提供了关键的见解。然而，具体识别过程的计算建模和预测复合物的结构是具有挑战性的，主要是由于它们的结合能分布的异质性以及ssDNA或ssRNA与双链核酸相比具有更大的灵活性。因此，与蛋白质与双链核酸的相互作用相比，探索蛋白质与单链核酸相互作用的计算研究要少得多。在这里，我们报道了一个新开发的基于能量的粗粒度模型来预测ssDNA-ssDBP和ssRNA-ssRBP复合物的结构，并评估它们的序列特异性相互作用和稳定性。我们调整了两个可以调节特异性识别的因素:碱基芳香族堆叠强度和单链核酸的灵活性。该模型成功应用于预测12种不同的ssDBP和ssRBP结构的结合构象，它们的同源ssDNA和ssRNA伙伴具有不同的序列。估计的结合能与相应的实验结合能符合得很好。从模拟得到的束缚构象显示出漏斗形的束缚能分布，其中原生类构象对应于能量最小值。 The various ssDNA-protein and ssRNA-protein complexes differed in the balance of electrostatic and aromatic energies. The lower affinity of the ssRNA-ssRBP complexes compared with the ssDNA-ssDBP complexes stems from lower flexibility of ssRNA compared to ssDNA, which results in higher rate constants for the dissociation of the complex (k(off)) for complexes involving the former.Author summary Quantifying bimolecular self-assembly is pivotal to understanding cellular function. In recent years, a large progress has been made in understanding the structure and biophysics of protein-protein interactions. Particularly, various computational tools are available for predicting these structures and to estimate their stability and the driving forces of their formation. The understating of the interactions between proteins and nucleic acids, however, is still limited, presumably due to the involvement of non-specific interactions as well as the high conformational plasticity that may demand an induced-fit mechanism. In particular, the interactions between proteins and single-stranded nucleic acids (i.e., single-stranded DNA and RNA) is very challenging due to their high flexibility. Furthermore, the interface between proteins and single-stranded nucleic acids is often chemically more heterogeneous than the interface between proteins and double-stranded DNA. In this study, we developed a coarse-grained computational model to predict the structure of complexes between proteins and single-stranded nucleic acids. The model was applied to estimate binding affinities and the estimated binding energies agreed well with the corresponding experimental binding affinities. The kinetics of association as well as the specificity of the complexes between proteins and ssDNA are different than those with ssRNA, mostly due to differences in their conformational flexibility.

由于插入/删除或突变操作引起的蛋白质主干的改变往往会导致蛋白质基本生物物理性质的改变。拟议的工作旨在编码蛋白质中氨基酸单点缺失(spd)相关的蛋白质稳定性变化。这种编码将有助于在选择昂贵的体外实验之前对有害的骨架修饰进行初步筛选。在没有任何基准数据库记录spd的情况下，我们策划了一个包含导致折叠构象和展开状态的spd的数据集。我们利用简单的结构和物理化学特征来区分这些SPD实例，并最终使用随机森林分类器和基于椭圆包线的离群值检测器对SPD产生的可折叠性进行分类。在保留一个交叉验证的前提下，随机森林分类器和椭圆包络的准确率分别达到99.4%和98.1%。新定义的数据库和基于可折叠性的SPD实例描述为找到给定问题的解决方案提供了一个良好的开端。

预测单点突变对蛋白质热力学稳定性(Delta Delta G)的影响是一个持续的挑战，对蛋白质科学的基础和应用方面都有很高的相关性。限制稳定性预测工具预测能力的缺点包括缺乏对展开状态的显式能量项的表示。使用粗粒度模拟和分析建模分析，我们发现涉及远程接触中断的突变可能导致未展开状态熵的增加，这可能导致蛋白质的整体不稳定。生物信息学分析表明，突变对疏水残基或带电残基(与极性残基相比)展开态的影响更大，这些残基通过一个长度大于18个氨基酸的环参与长距离接触，且形成概率相对较高。

许多导致家族性高胆固醇血症的突变定位于低密度脂蛋白受体的配体结合结构域5 (LA5)，促使研究这个小的、富含二硫化物的钙结合结构域的折叠和错误折叠。已知LA5折叠涉及非天然的二硫异构体，但这些折叠中间体尚未进行结构表征。为了深入了解这些中间体，我们使用核磁共振(NMR)实时跟踪LA5折叠。我们证明，当聚焦于骨干NMR信号时，错误折叠或部分折叠的二硫化物中间体与未展开状态是无法区分的，骨干NMR信号仅提供了关于最终原生态形成的信息。然而,
半胱氨酸侧链的13C标记将瞬态中间体与未展开态和原生态区分开来，并实时报道了二硫键的形成。在一个显性中间体的半胱氨酸配对被鉴定使用
使用13c编辑的三维NMR和粗粒度分子动力学模拟来研究这种二硫化物组相对于其他非原生排列的偏好。LA5物种在折叠过程中具有特定的非原生半胱氨酸连接的瞬态种群支持了半胱氨酸配对不是随机的这一结论，并且在折叠过程中，甚至在钙结合之前，对某些结构整体存在偏向。

在原核生物中，RecA蛋白催化双链DNA的修复和链交换。RecA与单链DNA (ssDNA)结合并形成突触前复合体，其中蛋白质围绕ssDNA聚合形成右旋螺旋核蛋白丝结构。在目前的工作中，RecA-ssDNA丝结构的形成机制是使用粗粒度分子动力学模拟建模的。来自x射线结构的信息被用来模拟蛋白质本身，而不是它的相互作用;蛋白质和ssDNA之间的相互作用仅由静电、芳香和排斥能模拟。在本研究中，分别研究了RecA的单体、二聚体和三聚体单元以及4、8和11 NT-long ssDNA。我们的结果表明，单体RecA并不足以形成核蛋白丝;相反，二聚体RecA是基本的结合单位，更高的多聚体RecA单位促进灯丝的形成。我们的研究结果表明，RecA蛋白主要结合位点的环区灵活性对其与进入的ssDNA结合至关重要，环区芳香烃残基在ssDNA结合中起着重要作用，ATP可能通过改变RecA蛋白的静电势来引导ssDNA。

I型干扰素受体(IFNAR)的差异信号传导与其亚基IFNAR1的能力相关，IFNAR1能够区别识别大量不同配体的光谱，这涉及多个相互作用域的复杂构象重排列。为了阐明控制配体识别的结构决定因素，我们使用原子力显微镜和操纵分子动力学模拟，比较了IFNAR1外畴在与干扰素结合和游离时的力诱导展开。出乎意料的是，我们发现IFNAR1在与干扰素结合时比游离时更容易机械展开。结构分析表明，展开力降低的起源是配体结合诱导的IFNAR1构象变化。

解释其蛋白质快速识别DNA目标位点的关键特征在于一维和三维(1D和3D)扩散的结合，这使得许多替代位点的高效扫描成为可能。这种促进扩散机制预计会受到细胞条件的影响，特别是拥挤，因为高达40%的细胞总体积可能被大分子所占据。利用粗粒度分子动力学和蒙特卡罗模拟，我们证明了拥挤粒子可以增强促进扩散和加速搜索动力学。这种效应源于3D和1D扩散之间的权衡。在拥挤条件下，三维扩散系数较低，但由于分子拥挤的排除体积效应限制了它的使用，对扩散系数影响不大。在很大程度上阻止了使用3D扩散，搜索蛋白极大地增加了对跳变搜索模式的使用，这导致了更高的线性扩散系数。在拥挤条件下，由于拥挤粒子与搜索蛋白之间的碰撞增加，线性扩散系数也增加。总的来说，较少的三维扩散加上增加使用跳变和一维扩散的速度:结果在拥挤条件下更快的搜索动力学。研究表明，聚类粒子的性质和盐浓度对聚类粒子的搜索动力学和机制均有一定的影响。

了解蛋白质识别DNA目标位点的分子机制和快速动力学对于破译细胞中的遗传活动至关重要。搜索DNA的速度可能取决于蛋白质和DNA分子的结构复杂性以及细胞环境。粗粒度(CG)分子动力学模拟是研究蛋白质搜索的分子细节以定位目标位点的有力手段。最近的研究表明了不同的蛋白质是如何扫描DNA的，以及蛋白质的性质是如何提高和调节搜索效率的。在这篇综述中，我们讨论了利用CG分子动力学模拟研究DNA搜索过程物理化学的计算方法，以及它们在覆盖长时间尺度生物分子过程方面的优势。(C) 2016年John Wiley & Sons有限公司

泛素化是蛋白质最常见的翻译后修饰之一，在其他细胞过程中调节蛋白质降解。关于蛋白质泛素化机制的一个基本问题是泛素是否以及如何影响修饰蛋白的生物物理性质。对于某些系统，研究表明，泛素在附着位点中的位置是相当灵活的，泛素并不与底物发生特异性相互作用。然而，研究表明，由于折叠态和未展开态的热力学性质的改变，多泛素化可以以特定位置的方式降低修饰蛋白的热稳定性。在这项研究中，我们使用详细的原子模拟来关注泛素化对修饰蛋白的原生结构的分子效应。作为模型，我们使用了Ubc7，这是一种E2酶，其体内泛素化过程被很好地表征，并且已知会导致降解。我们发现，尽管泛素部分与Ubc7之间缺乏特定的直接相互作用，但泛素化降低了底物Ubc7蛋白某些区域的构象灵活性，从而降低了其熵，从而使其不稳定。在将lys48连接的四泛素连接到用于体内降解的位点的系统中，观察到最强烈的不稳定效应。这些结果揭示了折叠态的构型熵的变化如何调节蛋白质原生态的稳定性。总的来说，我们的结果表明泛素化可以改变折叠状态下附着蛋白的生物物理性质，并且在某些蛋白质中，不同的泛素化位点会导致不同的生物物理结果。 We propose that this destabilizing effect of polyubiquitin on the substrate is linked to the functions carried out by the modification, and in particular, regulatory control of protein half-

果蝇的Engrailed Homeodomain (EnHD)转录因子通过三残基或十残基柔性连接体与增强的绿色荧光蛋白(eGFP)在C端或n端融合。在这里，我们表明，无论使用的连接器长度如何，无论拴系到其N端或c端，EnHD在融合到eGFP时都经历了不稳定。热力学分析和粗粒度分子动力学模拟表明，这种不稳定是由于egfp促进了EnHD变性态系综的熵稳定。因此，我们的结果提供了一个失稳域间变构的例子。鉴于eGFP标记在细胞生物学中的广泛使用，它们也很重要，因为它们表明这种标记可能导致意外的蛋白质不稳定和伴随效应。

生物电子学中的许多新应用都依赖于生物分子与导电基板之间的相互作用。然而，关于多肽电子传输与氨基酸组成之间关系的关键知识仍然缺乏。在这里，我们报告了通过几个同肽作为其结构性质和温度的函数的电子传输测量结果。我们证明，通过肽的传导取决于它的长度和二级结构，以及组成氨基酸的性质和其残基的电荷。我们用高水平的电子结构计算来支持我们的实验观察，并建议非共振隧穿是通过延伸多肽的主要传导机制。我们的研究结果表明，肽的组成和结构都可以影响肽之间的电子传输效率。

水分子在蛋白质- dna界面中丰富，特别是在它们的非特异性复合物中。在这项研究中，我们通过简化蛋白质和DNA的几何形状来研究界面水的组织和能量学，将它们表示为浸入水中的两个电荷相等和相反的平面。我们发现，使两个平行表面接近的平均力势包括能量势垒，其性质强烈地依赖于表面的电荷密度。我们演示了如何将水分子组织成离散层，以及相应的脱水能量屏障可以由表面上的电荷密度、盐和表面结构调节。1-2层有序的水与代表非特异性蛋白质- dna复合物的带电表面紧密结合。这表明，水可能通过筛选蛋白质上带正电的分子表面和带负电的DNA主干之间有吸引力的静电相互作用，介导蛋白质沿DNA的一维扩散(滑动)，并在这样做的过程中，以一种平滑滑动的能量环境的方式减少分子间摩擦，促进蛋白质的一维扩散。(C) 2015 AIP出版有限责任公司。

在识别DNA结合蛋白(DBPs)到其特定位点之前，通常采用一种搜索技术，其中蛋白质沿着DNA轮廓线滑动、跳跃或执行段间转移和3D扩散，以解离并重新与远处的DNA位点结合。在这项研究中，我们证明了控制DBPs搜索动态的非特异性静电相互作用的强度和性质与DNA的构象密切相关。我们调整了两个结构参数，即圆形DNA的曲率和螺旋扭曲的程度。这两个因素相互独立，可以通过改变环状DNA构象的几何形状来调节静电势。因此，与线性B-DNA相比，环状DNA上DBPs的搜索动态有显著不同。我们的结果表明，对于给定的DBP，在高度弯曲的DNA(以及过度扭曲的DNA)中，由于DNA分子内外之间存在较大的静电能垒，旋转耦合滑动动力学被排除在外。在这种情况下，蛋白质更喜欢跳跃以探索内部DNA位点。滑动和跳跃倾向之间平衡的变化作为DNA弯曲或扭曲的函数可能导致不同的搜索效率和速度。

我们专注于来自两个研究充分的家族的二聚体dna结合蛋白:正统的II型限制性内切酶(REs)和转录因子(tf)。使用计算工具研究了蛋白质识别位点与DNA的相互作用，特别是每个单体对沿非特异性DNA的一维(1D)滑动的贡献。通过各种tf和REs对DNA扫描的粗粒度分子动力学模拟，提供了有关同型二聚体在与DNA非特异性相互作用时对称性如何被打破的见解。蛋白质沿DNA滑动的平均滑动长度、一维和三维搜索之间的分割、一维扩散系数D-1等特性强烈依赖于盐浓度，而盐浓度又影响了两个单体采用合作对称滑动机制的概率。事实上，我们证明了当蛋白质采用非对称搜索模式时，即一个单体滑动而另一个单体跳跃时，可以获得最大的DNA搜索效率。我们发现，与res相比，被归类为tf的蛋白质对DNA具有更高的亲和力，更长的滑动长度，以及更大的对称滑动概率。此外，tf可以在更广泛的盐浓度范围内执行其生物功能。我们的结果表明，DNA结合蛋白的不同生物功能与它们采用的不同的非特异性DNA搜索机制有关。

DNA结合蛋白(DBPs)的DNA识别在大多数基因调控过程中是一个关键事件，在此之前通常会对正确的位点进行广泛的搜索。DBP结合了溶液中的三维扩散和沿着DNA的一维滑动的促进扩散过程，已经被提出来解释蛋白质如何比仅用三维扩散预测的更快地在DNA上定位其目标位点。虽然实验和理论研究最近促进了对搜索机制的生物物理原理的理解，但在体内细胞条件下的过程尚不清楚。在这项研究中，我们使用各种计算方法来探索DNA上障碍蛋白的存在如何影响搜索效率。在低障碍占用(即当很少的障碍占据DNA上的位置)时，通过搜索DBP的滑动可能会受到限制，这可能会损害搜索效率。然而，在跳跃比赛中，障碍物可以被绕过，而且障碍物占用率越高，绕过的次数越多。障碍部分的动态性甚至可能进一步促进搜索动力学。我们的研究表明，搜索过程的性质和效率可能不仅取决于DBP的固有性质和介质的盐浓度，还取决于DNA与其他大分子障碍的体内关联、它们的位置和占用。

摘要本文包括以下几部分内容:引言方法DNA结合蛋白中乙酰化和磷酸化的统计分析搜索修饰蛋白DNA的模拟模型结果乙酰化和磷酸化在无序区域的发生无序尾部乙酰化和磷酸化的发生无序翻译后修饰之间的相互作用

我们提出了豆蔻酰化影响蛋白质折叠和功能的分子机制的综合实验和计算研究，迄今为止还很少被描述。肉豆蔻酰化是蛋白质中疏水的C14脂肪酰链与n端甘氨酸的共价连接，是一种常见的修饰，通过可逆的能量和构象转换在重要的调控细胞过程中发挥关键作用。对ph依赖的肌动蛋白和膜结合蛋白hisactophilin模型的粗粒度折叠模拟表明，肉豆蔻酰与蛋白质的非原生疏水相互作用以及非原生静电相互作用对折叠速率和热力学稳定性有显著影响。对hisacophilin疏水残基突变的折叠测量和原子模拟表明，豆蔻酰基在折叠过渡态的非原生相互作用是非特异性的和稳健的，因此折叠的能量格局是平滑的。相比之下，豆蔻酰在原生状态下的相互作用是高度特异性的，可用于开关功能的敏感控制。模拟和酰胺氢交换测量为蛋白质中肉豆蔻酰结合袋一侧的稳定性的增加和减少提供了证据，涉及切换中的应变和改变的动力学。豆蔻酰化引起的折叠和功能的影响与其他翻译后修饰的影响有很大的不同。

Egr-1是一种可诱导的转录因子，通过三个锌指结构域识别9-bp靶DNA位点，并激活基因以响应突触信号和血管应激等细胞刺激。使用光谱和计算方法，我们研究了DNA扫描过程的结构、动力学和动力学方面，其中Egr-1与DNA非特异性结合并永久改变其在DNA上的位置。我们的核磁共振数据表明，Egr-1在扫描DNA时经历高度动态的畴运动。特别是，非特异性复合物中Egr-1的锌指1 (ZF1)主要与DNA解离，并在纳秒时间尺度上进行集体运动，而锌指2和锌指3(分别为ZF2和ZF3)与DNA结合。这是完全出乎意料的，因为之前对特定复合物的晶体学研究表明，Egr-1的所有三个锌指都同样参与与目标DNA位点的结合。预期增强ZF1与DNA和与ZF2相互作用的突变被发现减少了ZF1在非特异性复合体中的结构域运动，这表明这些相互作用决定了ZF1的动态行为。通过实验和计算，我们还研究了Egr-1在两个非特异性DNA双核苷酸之间易位的动力学。我们关于野生型和突变蛋白的数据表明，结构域动力学促进了Egr-1的段间转移，包括两个DNA位点的短暂桥接。这些结果揭示了Egr-1锌指结构域在细胞核内高效扫描DNA时的不对称作用。

本质无序区、末端尾和柔性连接子在DNA结合蛋白中大量存在，并通过增加DNA结合的亲和力和特异性发挥关键作用。在与DNA的相互作用中，无序的尾巴通常经历无序到有序的转变，并改善特定DNA结合的动力学和热力学。通过与DNA非特异性相互作用的蛋白质进行DNA搜索，也可以用无序的尾巴来支持。无序的尾巴可能会增加蛋白质-DNA的整体界面，从而增加蛋白质对DNA的亲和力及其滑动倾向，同时减缓线性扩散。无序尾巴对滑动速率的确切影响取决于正电荷聚类的程度，正如已在同源结构域和p53转录因子中所显示的那样。无序的尾巴可能被视为DNA识别子域，可以促进通过“猴子条”机制发生的段间转移事件，在这种机制中，域同时连接两个不同的DNA片段。“猴子条”机制可以通过多结构域蛋白质中的内部无序连接子来促进，这些连接子介导了组成结构域之间的交叉对话，特别是它们的支链动力学，从而促进了它们高效搜索DNA的整体能力。无序尾的残留序列具有独特的特征，这些特征是进化选择的，以实现每个蛋白质所特有的优化功能。通过翻译后修饰(如乙酰化和磷酸化)扰乱无序尾部的静电特性，可能影响蛋白质对DNA的亲和力，因此可以调节DNA识别。修饰多结构域蛋白质的无序蛋白尾或结构域间连接子的灵活性可以影响组成结构域之间的串扰，从而促进非特异性DNA序列的搜索动力学，增加亲和性

将柔性聚合物(如寡糖)偶联到蛋白质上或将蛋白质限制在一定体积内通常可以提高蛋白质的热稳定性。在这篇文章中，我们研究了共轭和约束之间的相互作用，这不是微不足道的，因为稳定的大小和机制在每个实例中都不同。利用粗粒度计算方法，当蛋白质被放置在一个可变半径的球体中，并与0-6个单糖或五糖偶联时，研究了折叠生物物理学。我们观察到当短低聚糖附着和修饰蛋白被限制在一个小笼子时，对热稳定性的协同效应。然而，当添加大量低聚糖时，由于笼子的稳定效果显著降低，导致限制和糖基化之间的冲突出现，几乎不可能进一步稳定蛋白质，超出糖诱导的轻度稳定。(C) 2011年美国物理学会。(doi: 10.1063/1.3650700)

p53蛋白是一种同源四聚体转录因子，其单体包含多个结构域。尽管其有和没有DNA的组织最近被阐明，但在原子水平上描述p53 DNA复合体仍然具有挑战性，因为它有许多无序的区域。在这里，我们使用计算模型来预测组成p53的四条链的连接，并研究其在不同寡聚状态下沿DNA的滑动动态。我们发现，在较大的盐浓度范围内，沿主槽的螺旋滑动是最可行的DNA搜索机制。紧密的四聚体核心结构域与DNA更大的非特异性亲和力和沿DNA最慢的线性扩散动力学相关。c尾促进线性扩散，但限制了两个二聚体结合成四聚体。这种限制可以在较高的盐浓度下消失，这降低了c尾对DNA的亲和力，或者在c尾与其他DNA片段的相互作用时消失。我们的研究结果支持了c尾对p53功能的正向调控，并提示翻译后电荷修饰可能改变了c尾对DNA的亲和力。相反，n端对滑动特性影响不大。与癌症发展相对应的错义突变导致核心区域静电电位的变化也会影响p53的滑动。 Our study provides molecular insight into the role of various p53 domains during DNA search and indicates that the complex interdomain and protein DNA cross-talks in which p53 engages may be related to its repertoire of cellular functions. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

天冬酰胺糖基化是真核细胞中最常见和最重要的蛋白质翻译后修饰之一。n -糖基化发生在三元糖基前体整体转移到新生多肽(含N-X-T/S sequon)时，因为肽是同翻译易位到内质网(ER)。除了促进与内质网蛋白质平衡网络组分的结合相互作用外，n -聚糖还可以通过直接改变折叠能量格局对蛋白质折叠产生内在影响。我们实验室以前的工作(Hanson等。Proc。国家的。学会科学。美国，2009,109,3131-3136;Shental-Bechor d;利维，Y. Proc. Natl。学会科学。 U.S.A. 2008, 105, 8256-8261) suggested that the three sugar residues closest to the protein are sufficient for accelerating protein folding and stabilizing the resulting structure in vitro; even a monosaccharide can have a dramatic effect. The highly conserved nature of these three proximal sugars in N-glycans led us to speculate that introducing an N-glycosylation site into a protein that is not normally glycosylated would stabilize the protein and increase its folding rate in a manner that does not depend on the presence of specific stabilizing protein-saccharide interactions. Here, we test this hypothesis experimentally and computationally by incorporating an N-linked GIcNAc residue at various positions within the Pin WW domain, a small beta-sheet-rich protein. The results show that an increased folding rate and enhanced thermodynamic stability are not general, context-independent consequences of N-glycosylation. Comparison between computational predictions and experimental observations suggests that generic glycan-based excluded volume effects are responsible for the destabilizing effect of glycosylation at highly structured positions. However, this reasoning does not adequately explain the observed destabilizing effect of glycosylation within flexible

蛋白质的柔韧性被认为在许多生物学过程中起着关键作用，包括抗体亲和成熟、信号转导和酶催化，然而关于蛋白质动力学与功能联系的分子细节的信息有限。内源性组织金属蛋白酶抑制剂1 (TIMP-1)远端位点的单点突变使该临床靶蛋白仅通过增加关联常数就能紧密结合并抑制膜型基质金属蛋白酶(MT1-MMP)。在2a处测定的该配合物的高分辨率x射线结构不能解释增强结合的机制，并指出蛋白质构象动力学的作用。分子动力学(MD)模拟表明，高亲和力TIMP-1突变体表现出明显降低的结合界面灵活性和更稳定的氢键网络。这伴随着底物组合的重新分配，以适合酶催化位点的有利结合构象。显然，骨架弹性的降低导致了复合物形成时熵代价的降低。这项工作量化了单点突变对TIMP-1蛋白构象动力学和功能的影响。在这里，我们认为控制M - MP内源性抑制剂的内在蛋白质动力学可以用于合理设计这类酶的选择性新型蛋白质抑制剂。

已知蛋白质通过非特异性DNA对特定位点的搜索可以通过单独DNA链之间的滑动、跳跃和段间转移来促进，但从分子角度来看，这些蛋白质动力学的驱动力尚不清楚。在这项研究中，利用一个简单的计算模型，对三种同源蛋白(HoxD9、Antp和NK-2同源结构域)的DNA搜索机制的分子特征进行了探索，在这个模型中，蛋白质-DNA的相互作用仅由静电力表示。特别是，我们研究了无序的n端尾(N-tails)对DNA搜索效率的影响，它在DNA结合蛋白中比在其他蛋白质中更常见。虽然发现这三种同源结构域蛋白在与dna的特异性和非特异性相互作用中使用相似的结合界面，但它们不同的静电势影响了它们滑动动力学的性质。同源结构域n尾的不同长度和净电荷影响它们在DNA中的运动。n尾的存在增加了滑动倾向，但减缓了沿DNA的线性扩散。当在两个平行DNA分子存在的情况下进行搜索时，蛋白质尾巴促进了从一个非特异性DNA到另一个非特异性DNA的直接转移。尾部蛋白质通过中间分子在两个DNA分子之间跳跃，在中间分子中，蛋白质的识别螺旋被吸附到一个DNA片段上，n尾被吸附到第二个DNA片段上，这表明了一种“猴子杠”机制。我们的研究说明了蛋白质的分子结构如何控制DNA扫描的效率。(C) 2009年Elsevier Ltd. All rights reserved.

糖基化是蛋白质最常见的翻译后修饰之一，这些修饰可能会影响蛋白质的许多活动。它还可能改变糖蛋白的潜在能量格局，使其改变的生物物理特征与其生物活性相关联。然而，糖基化修饰热力学和动力学性质的能力在糖蛋白之间差异很大。破译“糖基化密码”是至关重要的，它决定了碳水化合物或蛋白质的性质与糖基化蛋白质的生物物理特性之间的相互作用。在这篇文章中，我们讨论了聚糖的大小、数量和结构以及附着位点如何调节糖蛋白的折叠。在分子水平上理解蛋白质和所附着的聚糖之间的相互作用，一般来说有助于调整蛋白质的生物物理性质。

近年来，越来越多的蛋白质折叠研究集中在未展开状态上，目前认为它在蛋白质折叠过程中起着重要作用。其中一些研究表明，在未展开状态下发生的相互作用可以显著影响蛋白质折叠反应的稳定性和动力学。在这项研究中，我们模拟了静电相互作用(包括原生和非原生)对三个蛋白质系统折叠的影响，这些蛋白质系统经历了选择性电荷中和或逆转或完全电荷抑制。在n端L9蛋白结构域的情况下，我们的结果直接将热力学稳定性的增加归因于未展开系综的不稳定，重申了实验观测结果。这些结果为未展开状态的集合提供了更深层次的结构洞察，并预测了增加蛋白质稳定性的新突变位点。在第二种情况下，RNase Sa的电荷逆转突变影响了蛋白质的稳定性，在较高的盐浓度下，不稳定突变的不稳定程度较低，表明在未展开状态下形成了电荷-电荷相互作用。在n端L9和RNase Sa体系中，未展开态静电相互作用的变化导致自由能的增加，整体压实效应表明熵减小。在第三个案例中，我们比较了p-乳蛋白和鸡蛋蛋白溶菌酶蛋白同源物，通过抑制静电相互作用，我们成功地消除了两个系统折叠动力学之间的差异，支持先前报道的发现。我们的粗粒度分子动力学研究不仅再现了实验报告的结果，而且还提供了对难以捉摸的展开态系综的详细分子理解，以及电荷-电荷相互作用如何调节折叠的生物物理特征。(C) 2009年Elsevier Ltd. All rights reserved.

在细胞中，蛋白质复合物的形成依赖于它们单体之间的特定相互作用。即使没有特定的相互作用，由于分子拥挤而排除的体积效应也会导致分子之间的相关性。在拥挤的细胞环境中，这些影响的相互作用是什么?我们研究了一个模型同二聚体的二聚化，当单体二聚体是自由的，当它们相互束缚。我们考虑一个结构化的环境:两个单体首先扩散到一个L大小的腔中，然后在腔内折叠并结合。在简化拓扑模型的基础上，采用分子动力学方法模拟了分子的折叠和结合过程。细胞内的限制用有效分子浓度C来描述，类似于L(-3)。发现了一种双态耦合折叠和束缚行为。我们显示最大的二聚化速率发生在有效分子浓度C(op)类似或等于1毫米，这是一个相关的细胞浓度。而对于系绳链，当C C(op)时速率急剧下降。 For both the free and tethered cases, the simulated variation of the rate of dimerization and thermodynamic stability with effective molecular concentration agrees well with experimental observations. In addition, a theoretical argument for the effects of confinement on dimerization is also made.

蛋白质对DNA的有效搜索是控制细胞调节过程的基础。目前认为，蛋白质在相邻DNA片段之间的滑动、跳跃和转移，在此期间蛋白质与DNA的非特异性相互作用，是其特异性识别速度的核心。在这项研究中，我们重点研究了蛋白质扫描DNA时的结构和动态特征。使用一个简单的计算模型，通过静电力表示蛋白质-DNA相互作用，我们确定了蛋白质在非特异性和特异性DNA相互作用中使用相同的结合界面。因此，在蛋白质沿DNA的一维扩散过程中，蛋白质被绑定在主槽处，并进行螺旋运动，这是随机的，由热扩散驱动。从我们的模型中对滑动的微观结构的洞察，由静电力控制，证实了先前的实验研究，这些研究表明，一些调控蛋白的活性位点在沿着糖-磷酸轨道滑动时不断地面向DNA槽的内部。沿DNA主槽螺旋运动的扩散系数不受盐浓度的影响，但由于大量的跳跃事件，增加盐浓度可以显著提高搜索效率。我们发现，最有效的搜索包括类似于20%的沿DNA滑动和类似于80%的跳跃和三维扩散。所提出的模型捕捉了促进扩散的各种实验特征，具有解决有关DNA搜索性质的其他问题的效力，例如细胞中普遍存在的低聚物和多结构域DNA结合蛋白的滑动特征。(C) 2008年Elsevier有限公司 All rights reserved.

许多研究表明，蛋白质折叠机制的复杂性受其原生态拓扑结构的控制。这表现在基于本地拓扑的模型捕捉折叠机制的能力和基于各种拓扑度量(如接触顺序)的折叠率预测的成功。然而，虽然拓扑复杂性的更精细的细节已经被彻底检查并与折叠动力学相关，但蛋白质的更简单的特征，如其整体形状，在很大程度上被忽视了。在这项研究中，我们研究了具有不同寻常的细长几何形状的蛋白质的折叠，这与常见的球状结构有很大的不同。为了研究延伸度对折叠动力学的影响，我们使用了重复蛋白，当它们包含更多的重复单元时，它们变得更拉长。其中一些具有明显异常的实验折叠动力学，其速率通常低于具有相似拓扑复杂性的球状蛋白的速率的预期。使用实验折叠速率和从模拟中获得的更大的一组速率，我们已经表明，随着蛋白质变得越来越长，其折叠动力学变得更慢，并且更偏离基于适合球状蛋白质的拓扑测量的预期速率。观察到的缓慢动力学是一个更复杂的途径的结果，其中稳定的中间产物组成的几个连续重复可以出现。因此，我们提出了一种新的测量方法，即伸长敏感接触顺序，它同时考虑了蛋白质的伸长程度和拓扑复杂性。这种新方法解决了球状重复蛋白和细长重复蛋白折叠之间的明显区别。 Our study extends the current capabilities of folding-rate predictions by unifying the kinetics of repeat and globular proteins.

糖基化是蛋白质生物合成中最常见的翻译后修饰之一，但其对蛋白质热力学和动力学的影响尚不清楚。基于蛋白质原生拓扑结构的极简模型，其中每个氨基酸和糖环都由一个珠子表示，用于研究糖基化对蛋白质折叠的影响。我们在硅硅中研究了63个工程SH3结构域变体的折叠，这些变体在蛋白质表面的不同位置用不同数量的共轭多糖链糖基化。多糖链对蛋白质的热稳定性与连接链的数量成正比。与最近的实验数据一致，热稳定的程度取决于糖基化位点的位置，但对聚糖的大小影响很小。热力学分析表明，糖基化增强蛋白质稳定性的根源是未展开态的失稳，而不是折叠态的稳定。未展开态的较高自由能在原点是焓的，因为庞大的多糖链通过禁止形成剩余结构迫使未展开系综采用更扩展的构象。糖基化引起的热力学稳定与动力学稳定是耦合的。聚糖对蛋白质生物物理性质的影响可能与其他蛋白质聚合偶联系统有关，这些系统通常作为翻译后修饰或用于生物技术目的而在细胞中发生。

已知蛋白质的构象异质性通常是其功能的关键。我们提出了一个粗粒度模型来探索蛋白质结构、折叠和功能之间的相互作用，该模型适用于变构或非变构蛋白质。我们利用该模型研究了腺苷酸激酶(Adenylate Kinase, AKE)从开放构象到封闭构象的可逆构象转变的详细机制，这一反应对蛋白质的催化功能至关重要。我们直接观察到高应变能，这似乎与功能转变过程中的局部展开有关。这项工作还表明，来自开放和封闭形式的竞争本机相互作用可以解释AKE中的大型构象转变。我们进一步描述了构象转变与一个新的措施，并证明局部展开可能是由于，在某种程度上，竞争蛋白内相互作用。(c) 2006年Elsevier有限公司版权所有。

通过对大肠杆菌色氨酸阻遏物[2-66]2 TR平衡折叠反应的实验和理论分析，对其n端二聚结构域的折叠能量景观有了更深入的了解。已有研究表明[2-66]2 TR中三个缠绕的螺旋足以驱动全长蛋白[2-107]2 TR形成稳定的二聚体。在[2-66]2 TR折叠反应中出现的单体和二聚折叠中间体在全长蛋白的折叠机制中存在对应物。[2-66]2 TR发生折叠和二聚化反应的平衡展开能面通过在几种浓度的蛋白质和变性剂下进行的原生态氢交换分析、胃蛋白酶消化和基质辅助激光/解吸质谱的组合进行了检查。与[2-66]2 TR中所有三个螺旋相对应的多肽显示出多层保护模式，与二聚和单体折叠中间体的相对稳定性一致。观察到的保护超过了二聚中间体所提供的所有三个螺旋的片段，这意味着在单体中间体中可能存在片段交换机制。对于来自c螺旋和a螺旋的肽段中单个酰胺氢的整体稳定性的保护大于预期，可能反映了在尿素变性状态下的非随机结构，可能是段交换的前体。与漏斗能量景观相对应的基于本地拓扑的模型模拟捕捉了HX MS数据所建议的单体和二聚中间体，并为其构象系综中二级结构的逐步获取提供了基本原理。

我们研究了总电荷Z = n的多荷(A+)n摩尔斯团簇(n = 55-321)的能量学和碎片模式。摩尔斯电势参数为解离能D = 1-10 eV，距离参数α = 1-3 Å-1，原子间平衡分离Re = 1-3 Å。用液滴模型分析了这些多电荷摩尔斯团簇在键长为r 0的平衡态下的势能ε(每粒子)。由此得到ε =(āC0/r0)n 2/3+(āv0D/αr0) +[ās0D/(αr0)3/2]n -1/3的关系式，其中约简参数āC0(库仑能)、āv0(内部能)和ās0(表面能)与莫尔斯电势参数无关。Rayleigh裂变参数X= E(Coulomb)/2E(surface)决定了碎片模式(即簇裂变时X < 1，库仑爆炸时X > 1)，表示为X=(Z2/n)[(2ās 0/āC0)(D/α3/2r 01/2)]-1。将这一结果应用于多电荷球状蛋白的库仑不稳定性，表明对于目前可用的数据X < 1。预计主要的破碎通道是空间各向异性的蛋白质裂变成少量的大片段，而不是空间各向同性的蛋白质库仑爆炸成大量的小片段。

对于蛋白质折叠理论家来说，注意你的p和q已经变得和那些接受礼仪规则指导的人一样重要。为了评估结构反应坐标在预测蛋白质折叠的过渡态综合(TSE)方面的质量，我们将四个结构反应坐标的准确性与动力学测量P折叠进行了基准测试，其值为0.50定义了两态折叠机制的随机分离线。对于c-src SH3和Cl-2这两个采用简单双态机制折叠的蛋白质，基于原生拓扑的反应坐标(包括原生接触的分数Q)预测的TSE的Φ-values与基于Pfold预测的TSE的Φ-values几乎相同，相关系数为>0.90。对于具有复杂折叠机制的蛋白质，具有特别广泛的、不对称的自由能势垒，如设计的3-锚蛋白重复蛋白(3ANK)或具有独特中间产物的蛋白质，如氰毒蛋白n (CV-N)，我们表明Pfold = 0.50的结构集合通常不包括化学相关的过渡态。Pfold的这一弱点限制了它在蛋白质折叠研究中的作用。对于这样的系统，阐明折叠机制的基本特征需要使用多个反应坐标，尽管数量仍然相当少。同时，对于简单的折叠机制，没有迹象表明P折叠优于结构选择和热力学相关的反应坐标，可以正确衡量本土化程度。

自然界中域交换的普遍存在是最小挫折原则的一种表现，因为进化设计的稳定蛋白质的相互作用也涉及这种结合模式。我们之前证明了仅基于单体的结构，对称go势可以准确地预测实验观察到的Eps8的畴交换结构。然而，可以有多种模式的域交换，反映了更高程度的挫败感，这是对称性的结果。人类朊病毒和氰毒素n无法在对称围棋势的基础上形成独特的结构域交换结构。然而，在朊病毒和氰毒蛋白n蛋白中分别补充分子间和分子内二硫键的完全对称模型，产生了独特的结构域交换结构，与实验观察到的结构具有显著的相似性。这些结果表明，二硫键有时可能是克服对称能域交换的内在挫折的关键。我们还讨论了分子间二硫键在哺乳动物朊病毒聚集体形成中的意义。

与蛋白质折叠成单体构象相关的相同能量景观原理也应该描述这些蛋白质如何寡聚成结构域交换构象。我们通过表皮生长因子受体通路底物8src同源结构域蛋白的简化模型验证了这一假设，其单体结构和结构域交换结构都已被解决。该模型，我们称之为对称gj型模型，在二聚体的能量函数中只包含关于单体构象的信息来预测畴交换构象。对正确的畴交换结构的显著偏好被观察到，表明整体单体拓扑结构是畴交换二聚体结构的主要决定因素。此外，我们利用我们的模型来描述寡聚化机理，探索了畴交换的自由能面。

构象转变被认为是朊病毒疾病的主要机制。在这项研究中，绘制了野生型朊病毒蛋白(PrP)和D178N和E200K突变蛋白的能量图谱，从而对三种朊病毒蛋白类似物的正常异构体(PrPC)和部分展开异构体(PrPPU)进行了表征。研究发现，三种能量格局在三个方面存在差异:(i) PrPC和PrPPU状态的相对稳定性，(ii) PrPC到PrPPU的过渡路径，以及(iii) PrPC状态下三个螺旋的相对稳定性。特别是，研究人员发现，尽管螺旋1(144-156残基)是野生型PrP中最稳定的螺旋，但两种突变都大大降低了它的稳定性。这种不稳定是由于电荷分布的变化影响了内部盐桥，而盐桥是野生型PrP中这种螺旋更稳定的原因。虽然这两种突变都导致了相似的螺旋1的不稳定，但它们对PrPC和PrPPU异构体的整体稳定性和结构性质有不同的影响。突变导致螺旋1的不稳定，为该螺旋在PrPC向致病亚型PrPSC的致病转变中所起的作用提供了额外的证据。

一组34个分子动力学(MD)模拟共305ns的朊病毒蛋白衍生肽PrP106?126是用显式和隐式溶剂模型进行的。这些模拟的目的是研究肽的Ã (Â)±-螺旋构象的相对稳定性以及从螺旋结构转换为随机线圈结构的机制。在中性pH值下，野生型肽被发现在模拟开始后的几纳秒(ns)内迅速失去其初始螺旋结构。螺旋在中间断裂，然后向末端展开。His111和Val122之间的疏水相互作用决定了其向随机线圈结构的自发转变。研究发现，与GSS疾病相关的A117V突变显著破坏了肽的螺旋构象，导致螺旋性完全丧失的速度比野生型快约1ns。此外，突变体A117V表现出不同的螺旋-螺旋转换机制，其中螺旋在c端开始断裂，然后逐渐向n端展开。在大多数模拟中，发现突变通过Met112和突变残基Val117之间的额外疏水相互作用加速了转化，这种相互作用在野生型肽中不存在。最后，由于His111?Val122，因为在酸性pH下，该组氨酸被质子化，不太可能参与疏水相互作用。蛋白质2001;45:382 ? 396。 ? 2001 Wiley-Liss, Inc.

构象约束是影响多肽的灵活性和生物活性的重要因素。在本研究中，我们分析了构象约束对三种类似六肽能量景观地形的影响。这三种类似物在其构象运动的约束程度上有所不同:具有中性末端的线性丙氨酸六肽(Ala6)，具有带电末端的线性丙氨酸六肽(chrg-Ala6)和环丙氨酸六肽(cyc-Ala6)。研究发现，这三种多肽具有显著不同的能量分布特征，从而导致不同的折叠行为。由于所有三种类似物都由同一基因编码，这些结果表明，非基因组翻译后修饰可能在决定蛋白质的性质及其折叠途径中发挥重要作用。此外，目前的研究表明，以漏斗地形为主的能量景观的复杂性可以通过一个或两个反应坐标来捕捉，例如与原生状态的构象相似性。然而，对于以多个盆地为特征的更复杂的景观，这样的描述是不够的。该研究还表明，主成分分析(仅基于局部极小值)和拓扑映射分析(基于极小值和屏障信息)获得了相似的景观地形视图。这两种方法都能够解决这三种多肽的复杂地形。(C) 2001年美国物理研究所。