Effects of frustration on the kinetics of helix formation in alanine polypeptides

• Veröffentlicht in: Condensed Matter Physics
• Datum: 2004
• ISSN: 1607-324X
• Hauptverfasser: Baumketner, A., Shea, J.-E.
• Format: Artikel
• Sprache: Englisch
• Veröffentlicht: Інститут фізики конденсованих систем НАН України 2004
• Online Zugang: https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/118965
• Назва журналу: Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
• Zitieren: Effects of frustration on the kinetics of helix formation in alanine polypeptides / A. Baumketner, J.-E. Shea // Condensed Matter Physics. — 2004. — Т. 7, № 2(38). — С. 421-434. — Бібліогр.: 43 назв. — англ.

The folding kinetics of a seven-residue long alanine polypeptide are investigated
 using a fully atomic protein model and molecular dynamics simulations.
 The peptide adopts helical conformations in the native state when
 simulated in two different implicit solvents: a model with a distance dependent
 dielectric constant and the generalized Born (GB) model. Although the
 two solvation models correctly predict the native state of the peptide, they
 lead to distinct folding kinetics. The model in which the dielectric constant is
 distance-dependent produces much broader distributions of the first passage
 time, as measured by the intermittency ratio, than the generalized
 Born model. In addition, the conformational diffusion search folding mechanism,
 introduced earlier to study the folding kinetics of helical peptides
 in explicit solvent, is seen to describe more closely the folding kinetics of
 the GB model than of the distance-dependent dielectric constant model.
 Based on these observations, we argue that the implicit solvent model that
 treats the dielectric constant as dependent on interatomic distances introduces
 excessive amounts of frustration into the underlying potential energy
 landscape and is thus far less suitable for modelling the kinetics of protein
 folding than the more sophisticated GB implicit solvent. Кінетичні властивості згортання пептиду, що складається з семи амінокислот аланіне, досліджено методом молекулярної динаміки. Пептид розглянуто, використовуючи два типи неявного опису розчинника: модель, в якій діелектрична константа вважається пропорційною до відстані між атомами, і узагальнена модель Борна. Знайдено, що обидві моделі розчинника ведуть до утворення спірального стану пептиду при низьких температурах. Проте кінетичні властивості спірального переходу єрізними для досліджених розчинників. Стверджується, що модель, в якій діелектрична константа вважається змінною, веде до утворення значного числа локальних мінімумів на поверхні потенціальної енергії, що в свою чергу сповільнює реакцію згортання. Показано, що характеристики узагальненої моделі Борна адекватно описують кінетичні властивості білків, спостережувані в експериментах по їх згортанню. На основі отриманих результатів робиться висновок, що узагальнена модель борна євдалішою і більш реалістичною моделлю для опису кінетики згортання білків.