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单分子实验中蛋白质的温度软化

Temperature softening of a protein in single-molecule experiments.

作者信息

Schlierf Michael, Rief Matthias

机构信息

Physik Department E22, Technische Universität München, James-Franck-Strasse, D-85748 Garching b. München, Germany.

出版信息

J Mol Biol. 2005 Nov 25;354(2):497-503. doi: 10.1016/j.jmb.2005.09.070. Epub 2005 Oct 10.

DOI:10.1016/j.jmb.2005.09.070
PMID:16246362
Abstract

Mechanical flexibility is crucial for the function of proteins. However, such material properties are not easily accessible experimentally. We used single-molecule force spectroscopy to study the stiffness of a single domain of Dictyostelium discoideum filamin (ddFLN4) in a temperature range from 5 degrees C to 37 degrees C. Analyzing the distributions of unfolding forces allowed us to extract transition barrier heights and positions of the underlying energy landscape. We found a marked narrowing of unfolding force distributions with increasing temperature. This narrowing reflects an increase in transition state position from 2.7 A to 7.8 A and thus a reduction of the molecular spring constant of the protein by a factor of 7. We suggest this temperature softening reflects a shift in the nature of the interactions responsible for mechanical stability from hydrogen bonds to hydrophobic interactions. This result has important consequences for all interpretations of protein mechanical studies if experimental results obtained at room temperature are to be transferred to physiological temperatures.

摘要

机械柔韧性对于蛋白质的功能至关重要。然而,此类材料特性在实验中并不容易获得。我们使用单分子力谱技术研究了盘基网柄菌细丝蛋白(ddFLN4)的单个结构域在5摄氏度至37摄氏度温度范围内的刚度。通过分析解折叠力的分布,我们得以提取过渡势垒高度以及潜在能量景观的位置。我们发现,随着温度升高,解折叠力分布显著变窄。这种变窄反映出过渡态位置从2.7埃增加到7.8埃,从而使蛋白质的分子弹簧常数降低了7倍。我们认为这种温度软化反映了负责机械稳定性的相互作用性质从氢键向疏水相互作用的转变。如果要将在室温下获得的实验结果应用于生理温度,那么这一结果对于蛋白质力学研究的所有解释都具有重要意义。

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