단백질 접힘은 수성 환경에 크게 의존합니다. 용매화가 단백질 접힘에 미치는 영향은 널리 연구되어 왔지만 접힘 안정성이 용매화에 의해 제어되는 정도는 개별 아미노산 수준에서 명확하지 않습니다. 여기에서 우리는 단백질의 각 백본과 측쇄에 대한 접힘 자유 에너지 요소를 평가하기 위해 사이트 지정 열역학 분석 방법을 사용합니다. 따라서 대표적인 β-시트 및 α-나선 단백질의 각 중요 부위에서 시스템에 물리적 변형을 도입하지 않고 접힘 안정성 기여도를 정량적으로 측정합니다. 인간 Pin WW 도메인 단백질 및 빌린 헤드피스 서브도메인 단백질 각각의 접힘 현상에 대한 수십 μs 길이의 분자 역학 시뮬레이션으로부터의 열역학적 결과가 보고됩니다. 결과로는 Pin WW의 접힘 자유 에너지는 -4.9 kcal/mol이었으며, 이는 기존 실험 결과 보고와 흡사했습니다. 용매화 자유 에너지 및 진공 상태의 단백질 에너지의 분해 방법을 단일 아미노산 분해능에 통합함으로써 단백질 안정성을 지배하는 수소 결합 및 소수성 상호 작용과 같은 기본 분자 상호 작용의 에너지 결과를 결정합니다.
사이트 지정 열역학 방법의 적용은 두 모델 단백질의 열역학적 안정성에 대한 명시적 및 암시적 용매화 모델의 영향을 비교하기 위해 확장됩니다. 열역학 분석은 종종 명시적 또는 암시적 물 모델을 사용하는 분자 역학 시뮬레이션을 사용하여 많은 수의 원자적 형태를 샘플링하여 수행됩니다. 서로 다른 용매화 모델의 열역학적 결과가 분자 수준에서 어느 정도 신뢰할 수 있는지는 불확실합니다. 여기서 우리는 단일 백본 및 측쇄 분해능에서 폴딩 안정성에 대한 두 용매화 모델의 영향을 정량화합니다. TIP3P 용매 및 일반화된 Born/표면적 용매 모델에서 생성된 시뮬레이션 궤적을 사용하여 위에서 설명한 두 단백질의 잔류물 특정 폴딩 자유 에너지 구성 요소를 평가합니다. 일반화 된 Born 용매의 열역학적 불일치는 대부분 양성 측쇄에서 비롯된 다음 불안정한 소수성 측쇄에서 비롯된 것으로 나타났습니다. 대조적으로, 두 단백질의 백본 잔기 기여도는 비슷했다. 우리의 연구는 단백질 시뮬레이션의 맥락에서 용매 모델의 상세한 열역학적 평가의 토대를 마련합니다.