Intriguing role of water in protein-ligand binding studied by neutron crystallography on trypsin complexes

氢键 溶剂化 配体(生物化学) 结晶学 化学 蛋白质配体 苯甲脒 分子 蛋白质结构 溶剂化壳 生物化学 受体 有机化学
作者
J. Schiebel,Roberto Gaspari,Tobias Wulsdorf,K. Ngo,Christian Sohn,Tobias E. Schrader,Andrea Cavalli,Andreas Ostermann,A. Heine,G. Klebe
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:9 (1) 被引量:182
标识
DOI:10.1038/s41467-018-05769-2
摘要

Hydrogen bonds are key interactions determining protein-ligand binding affinity and therefore fundamental to any biological process. Unfortunately, explicit structural information about hydrogen positions and thus H-bonds in protein-ligand complexes is extremely rare and similarly the important role of water during binding remains poorly understood. Here, we report on neutron structures of trypsin determined at very high resolutions ≤1.5 Å in uncomplexed and inhibited state complemented by X-ray and thermodynamic data and computer simulations. Our structures show the precise geometry of H-bonds between protein and the inhibitors N-amidinopiperidine and benzamidine along with the dynamics of the residual solvation pattern. Prior to binding, the ligand-free binding pocket is occupied by water molecules characterized by a paucity of H-bonds and high mobility resulting in an imperfect hydration of the critical residue Asp189. This phenomenon likely constitutes a key factor fueling ligand binding via water displacement and helps improving our current view on water influencing protein-ligand recognition.

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