Elucidation of pH-Induced Protein Structural Changes: A Combined 2D IR and Computational Approach

溶菌酶 质子化 侧链 化学 天冬氨酸 分子动力学 残留物(化学) 氨基酸 蛋白质结构 谷氨酸 分子 氨基酸残基 立体化学 结晶学 计算化学 肽序列 生物化学 有机化学 聚合物 离子 基因
作者
Shivshankar Kore,Samadhan H. Deshmukh,Sushil S. Sakpal,Srijan Chatterjee,Atanu Das,Sayan Bagchi
出处
期刊:Biochemistry [American Chemical Society]
卷期号:62 (2): 451-461 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.biochem.2c00626
摘要

The acid–base behavior of amino acids plays critical roles in several biochemical processes. Depending on the interactions with the protein environment, the pKa values of these amino acids shift from their respective solution values. As the side chains interact with the polypeptide backbone, a pH-induced change in the protonation state of aspartic and glutamic acids might significantly influence the structure and stability of a protein. In this work, we have combined two-dimensional infrared spectroscopy and molecular dynamics simulations to elucidate the pH-induced structural changes in an antimicrobial enzyme, lysozyme, over a wide range of pH. Simultaneous measurements of the carbonyl signals arising from the backbone and the acidic side chains provide detailed information about the pH dependence of the local and global structural features. An excellent agreement between the experimental and the computational results allowed us to obtain a residue-specific molecular understanding. Although lysozyme retains the helical structure for the entire pH range, one distinct loop region (residues 65–75) undergoes local structural deformation at low pH. Interestingly, combining our experiments and simulations, we have identified the aspartic acid residues in lysozyme, which are influenced the most/least by pH modulation.
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