一个长期的假设是水的存在会影响蛋白质的折叠方式

一个长期的假设是水的存在会影响蛋白质的折叠方式。一项新研究正在挑战细节。美国化学学会的《物理化学快报》上的一篇论文显示，蛋白质可能会进化为避免水，因为它们折叠时实际上可能以科学家无法预料的方式起作用。

赖斯大学的一位工程师说，这一发现可能会改变科学家对溶液中疏水(避免水)和亲水(吸引水)相互作用的看法。

赖斯和杜兰大学的大学和约翰霍普金斯大学医学院的合作者创建了多肽的原子级模型，该模型显示折叠也受它们所占据溶剂热膨胀的影响，但不符合先前的假设。

赖斯布朗工程学院化学与生物分子工程学副教授Dilip Asthagiri表示，长期以来一直认为疏水氨基酸是蛋白质折叠中的主要力量，疏水氨基酸通过尽可能有效地聚集在一起来避免水分进入。

这项新研究表明，温度(蛋白质折叠模型中并不总是包含的一个因素)也会影响这种现象。研究人员说，这应该促使人们重新评估溶液中蛋白质折叠的稳定性。

Asthagiri说：“有许多本质上无序的蛋白质根本不会折叠。” “非折叠合理化的一种方法是观察疏水基团和带电基团之间的平衡，并假设后者占主导地位，得出结论该多肽不会折叠。

“我们在2017年表明，在没有侧链的内在无序的肽模型中，亲水作用实际上可以压倒仍然由大量疏水作用驱动的塌陷，甚至在没有带电荷残基的情况下也可以驱动展开，”他说。“这项研究以及2016年早些时候发表的研究强调了亲水作用的作用。但是我们没有关注温度效应。”

因此，由Asthagiri领导的团队着手精确建模多肽(该分类包括生物系统中的蛋白质)如何在不同温度下与水连接时折叠和展开。

当研究人员计算出水合十丙氨酸肽序列及其侧链的自由能时，他们发现溶剂和肽之间的吸引力也起着作用，特别是当涉及多个肽时。

他们发现，在他们模拟的温度范围内，多肽周围的溶剂基质在加热时会膨胀，从而减少了围绕肽并与之接触的溶剂分子的数量。这会使溶剂和肽之间的结合相互作用降低。

他们指出，对溶剂中的小分子影响不大，而对较大的肽和蛋白质则放大。他们还说，该理论表明亲水作用可以促进蛋白质在冷溶液中的或展开。

图兰化学工程师兼通讯作者劳伦斯·普拉特(Lawrence Pratt)是Asthagiri的长期导师，他说：“溶液环境是蛋白质结构的重要贡献者。” “溶液的所有功能，包括水，都与这些蛋白质如何将自身整合在一起以及它们所发挥的功能有关。”

他说，自1940年代以来，就已经认识到蛋白质折叠中的疏水作用。普拉特说：“但是，这是一件相当棘手的事情，因为它具有与众不同的温度依赖性。” “你知道，如果改变温度，事情就会生死。

他说：“当温度升高时，某些疏水作用会增强，因此情况会变得更加稳定。” “但迪利普表示，随着温度的升高，强度的增加可能来自其他地方，包括所有化学家都认为是亲水的作用。

他说：“疏水和亲水作用都起作用。” “而且他们正在竞争，而且正在合作。因此，能够以一种非常令人信服的方式将他们与众不同是在解决所有这些行为方面迈出的一大步。”

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