Revealing the Solution Conformation and Hydration Structure of Type I Tropocollagen Using X-ray Scattering and Molecular Dynamics Simulation

分子 分子动力学 结晶学 化学 回转半径 溶剂化壳 化学物理 散射 生物分子 氢键 回转 小角X射线散射 溶剂化 计算化学 聚合物 生物化学 有机化学 物理 光学 几何学 数学
作者
Y. J. Shiu,Bradley W. Mansel,Kuei-Fen Liao,Ting-Wei Hsu,Je‐Wei Chang,Orion Shih,Yi‐Qi Yeh,Johannes Allwang,U‐Ser Jeng
出处
期刊:Biomacromolecules [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.biomac.4c01261
摘要

Hydration plays a crucial role in regulating the dispersion behavior of biomolecules in water, particularly in how pH-sensitive hydration water network forms around proteins. This study explores the conformation and hydration structure of Type-I tropocollagen using small- and wide-angle X-ray scattering (SWAXS) and molecular dynamics (MD) simulations. The results reveal that tropocollagen exhibits a significant softening conformation in solution, transitioning from its rod-like structure in tissues to a worm-like conformation, characterized by a reduced radius of gyration of 50 nm and a persistent length of 34 nm. The SWAXS-supported MD calculations further establish a hydration water network characterized by a 2.8 Å free-water exclusion zone where water molecules are largely hydrogen-bonded to the densely distributed polar groups on the tropocollagen surfaces. These first-layer water molecules are bridged by outer water molecules extending up to 4 Å from the protein surfaces, forming a major hydration shell that encapsulates the protein.

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