Det är ett långvarigt antagande att närvaron av vatten påverkar hur proteiner vikas. En ny studie utmanar detaljerna.

En artikel i American Chemical Society's Journal of Physical Chemistry Letters visar att proteiner som förmodligen utvecklats för att undvika vatten när de viker sig faktiskt kan bete sig på ett sätt som forskarna inte hade förutsett.

Den upptäckten kan förändra hur forskare tänker på hydrofoba (vattenundvikande) och hydrofila (vattenattraherande) interaktioner i lösningar, enligt en ingenjör från Rice University.

Samarbetspartners från Rice och Tulane universitet och Johns Hopkins University School of Medicine skapade modeller på atomnivå av polypeptider som visade att veckning också påverkas av termisk expansion av lösningsmedlen de upptar, men inte på sätt som matchar tidigare antaganden.

Den långvariga uppfattningen är att hydrofoba aminosyror, som undviker vatten genom att komma samman så effektivt som möjligt, är en dominerande kraft i proteinveckning, sa Dilip Asthagiri, en forskarprofessor i kemisk och biomolekylär teknik vid Rice's Brown School of Engineering.

Den nya studien visar temperatur, en faktor som inte alltid ingår i proteinveckningsmodeller, påverkar också fenomenet. Det borde föranleda en omvärdering av hur proteiner som viker sig i en lösning stabiliseras, enligt forskarna.

"Det finns många proteiner som är i sig störda som inte viker sig alls, " Asthagiri sa. "Ett sätt att icke-vikningen har rationaliserats har varit att titta på balansen mellan hydrofoba grupper och laddade grupper och, antar att de senare dominerar, dra slutsatsen att polypeptiden inte viker sig.

"Vi visade 2017 att i en modell av en i sig störd peptid som inte har några sidokedjor, hydrofila effekter kan faktiskt överväldiga kollapsen som drivs av de fortfarande betydande hydrofoba effekterna och driva utvecklingen, även i frånvaro av laddade rester, " sa han. "Den studien och den som publicerades tidigare 2016 belyste rollen av hydrofila effekter. Men vi tittade inte på temperatureffekter."

Så teamet ledd av Asthagiri bestämde sig för att modellera exakt hur polypeptider, en klassificering som inkluderar proteiner i biologiska system, viks och vecklas ut när de ansluter till vatten vid olika temperaturer.

När forskarna beräknade den fria energin för en hydratiserad deka-alanin-peptidsekvens, tillsammans med dess sidokedjor, de fann att attraktionskrafter mellan lösningsmedlet och peptiden också spelar en roll, speciellt när mer än en peptid är involverad.

De fann att i temperaturområdena de modellerade, matrisen av lösningsmedel runt polypeptiderna expanderar vid upphettning, minska populationen av lösningsmedelsmolekyler som finns runt och kommer i kontakt med peptiderna. Detta kan göra bindningsinteraktioner mellan lösningsmedlet och peptiderna mindre gynnsamma.

De noterade att effekten är liten för små molekyler i ett lösningsmedel, men amplifieras för större peptider och proteiner. De sa också att teorin tyder på att hydrofila effekter kan bidra till denatureringen, eller utvecklas, av proteiner i kalla lösningar.

"Lösningsmiljön är en viktig bidragande faktor till strukturen av proteiner, " sa Tulane kemiingenjör och medförfattare Lawrence Pratt, en mångårig mentor till Asthagiri. "Allt lösningen gör, inklusive vattnet, har att göra med hur dessa proteiner sätter sig själva och de funktioner de utför."

Han sa att hydrofoba effekter i proteinveckning har erkänts sedan 1940-talet. "Det är en ganska knepig sak, fastän, eftersom det har ovanliga temperaturberoende, " sa Pratt. "Du vet, saker lever eller dör om du ändrar temperaturen.

"Vissa hydrofoba effekter blir starkare när du höjer temperaturen, så att saker och ting blir mer stabila, " sa han. "Men Dilip visar att denna ökning i styrka med ökande temperatur kan komma från andra ställen, inklusive effekter som alla kemister skulle säga är hydrofila.

"Både hydrofoba och hydrofila effekter spelar in, " sa han. "Och de tävlar, och de samarbetar. Och att kunna särskilja dem individuellt på ett mycket övertygande sätt är ett stort steg för att reda ut allt detta beteende."