Informatie

Hoe kan ik de hydrofobiciteit en/of oppervlaktelading van een eiwit evalueren?


Hoe moet ik eiwitoppervlakken evalueren in termen van hydrofobiciteit en oppervlakteladingseigenschappen van het oppervlak.

Ik ben in het bijzonder op zoek naar hydrofobe plekken of oppervlaktelading tussen twee eiwitten, bijvoorbeeld van .pdb- of Fasta-sequenties.

Het doel is om het mechanisme van eiwitadsorptie te bestuderen in de context van eiwitzuivering.


Omdat je de structuren hebt, is naar mijn mening Pymol de beste optie.

Hydrofobiciteit

Pymol openen. Laad je eiwit naar keuze op. Download color_h.py, een script van de Universiteit van Osaka dat de resten kleurt volgens Eisenbergs schaal van hydrofobiciteit. Laad dit in Pymol doorBestand->Uitvoeren->PATH/TO/color_h.py. Voer vervolgens in Pymol de volgende opdrachten uit:

  1. toon oppervlak

  2. kleur_h

Merk op dat het script kan worden bewerkt om elke gewenste schaal te gebruiken. @mimat wijst je op protscale en ik zou hetzelfde willen voorstellen. De Eisenbergschaal is een vrij oude consensusschaal. Meer up-to-date schalen zijn in uw geval misschien meer geschikt.

Om dit te kwantificeren heeft Pymol tools om bijvoorbeeld de toegankelijkheid van oplosmiddelen te berekenen.

Bovendien kunnen PDBSum en PDBe-PISA het voor oplosmiddel toegankelijke oppervlak schatten.

Oppervlaktelading

Vacuüm elektrostatica

De snelste en gemakkelijkste manier om elektrostatica te genereren is met de ingebouwde vacuüm elektrostatische gereedschappen. Selecteer in Pymol deactieknop (A) -> genereren -> vacuümelektrostatica -> eiwitcontactpotentiaal.

ABPS

Aangezien de ingebouwde elektrostatica van Pymol veel aannames doen, is het voor publicatie het beste om een ​​veel nauwkeuriger gekwantificeerde oppervlaktekaart te krijgen. ABPS is echter een beetje meer betrokken. Lees de wiki als dit meer klinkt als wat je nodig hebt.


Ik denk dat je op zoek bent naar protscale. Het geeft je een hele reeks opties om te voorspellen hoe je eiwit zich zal 'dragen' voor HPLC-zuivering en hydrofobiciteit, begraven residuen, enz.


ISO-elektrisch punt

De ISO-elektrisch punt (pi, pH(I), IEP), is de pH waarbij een molecuul geen netto elektrische lading draagt ​​of elektrisch neutraal is in het statistische gemiddelde. De standaardnomenclatuur om het iso-elektrische punt weer te geven is pH (I). [1] Er wordt echter ook pI gebruikt. [2] Kortheidshalve wordt in dit artikel pI gebruikt. De nettolading op het molecuul wordt beïnvloed door de pH van de omgeving en kan positiever of negatiever worden geladen door respectievelijk de winst of het verlies van protonen (H + ).

Oppervlakken worden van nature opgeladen om een ​​dubbele laag te vormen. In het gebruikelijke geval dat de oppervlakteladingbepalende ionen H + /HO − zijn, wordt de netto oppervlaktelading beïnvloed door de pH van de vloeistof waarin de vaste stof is ondergedompeld.

De pI-waarde kan de oplosbaarheid van een molecuul bij een bepaalde pH beïnvloeden. Dergelijke moleculen hebben een minimale oplosbaarheid in water of zoutoplossingen bij de pH die overeenkomt met hun pi en slaan vaak uit de oplossing neer. Biologische amfotere moleculen zoals eiwitten bevatten zowel zure als basische functionele groepen. Aminozuren waaruit eiwitten bestaan, kunnen positief, negatief, neutraal of polair van aard zijn en geven samen een eiwit zijn algehele lading. Bij een pH onder hun pI dragen eiwitten een netto positieve lading boven hun pI dragen ze een netto negatieve lading. Eiwitten kunnen dus worden gescheiden door nettolading in een polyacrylamidegel met behulp van preparatieve gelelektroforese, die een constante pH gebruikt om eiwitten te scheiden, of iso-elektrische focussering, die een pH-gradiënt gebruikt om eiwitten te scheiden. Iso-elektrische focussering is ook de eerste stap in 2-D gelpolyacrylamidegelelektroforese.

In biomoleculen kunnen eiwitten worden gescheiden door ionenuitwisselingschromatografie. Biologische eiwitten zijn opgebouwd uit zwitterionische aminozuurverbindingen. De netto lading van deze eiwitten kan positief of negatief zijn, afhankelijk van de pH van de omgeving. De specifieke pI van het doeleiwit kan worden gebruikt om het proces rond te modelleren en de verbinding kan vervolgens worden gezuiverd uit de rest van het mengsel. Voor dit zuiveringsproces kunnen buffers van verschillende pH worden gebruikt om de pH van de omgeving te veranderen. Wanneer een mengsel dat een doeleiwit bevat in een ionenwisselaar wordt geladen, kan de stationaire matrix ofwel positief geladen zijn (voor mobiele anionen) of negatief geladen zijn (voor mobiele kationen). Bij lage pH-waarden is de netto lading van de meeste eiwitten in het mengsel positief - in kationenwisselaars binden deze positief geladen eiwitten aan de negatief geladen matrix. Bij hoge pH-waarden is de netto lading van de meeste eiwitten negatief, waar ze binden aan de positief geladen matrix in anionenwisselaars. Wanneer de omgeving een pH-waarde heeft die gelijk is aan de pI van het eiwit, is de nettolading nul en is het eiwit niet gebonden aan een uitwisselaar en kan het daarom worden geëlueerd. [3]


Hoe kan ik de hydrofobiciteit en/of oppervlaktelading van een eiwit evalueren? - Biologie

EIWITCHEMIE

ACHTERGRONDINFORMATIE: Misschien wilt u de Guide to Structure Prediction van Robert Russell raadplegen. Zie PROWL, Amino Acid Hydrophobicity and Amino Acid Chart and Reference Table (GenScript) voor de biochemische eigenschappen van aminozuren. Als u specifiek geïnteresseerd bent in antilichamen, raad ik u aan om naar de pagina "Antibody Resources" te gaan

Aminozuursamenstelling & Mass &ndash ProtParam (ExPASy, Zwitserland)
ISO-elektrisch punt - Bereken pI/Mw-tool (ExPASy, Zwitserland). Als je een plot wilt van de relatie tussen lading en pH, gebruik dan ProteinChemist (ProteinChemist.com) of JVirGel Proteomic Tools (PRODORIC Net, Duitsland).
Massa, pI, samenstelling en mol% zure, basische, aromatische, polaire enz. aminozuren - PEPSTATS (EMBOS). Biochemie-online (Vitalonic, Rusland) geeft 1% samenstelling, molecuulgewicht, pI en lading bij elke gewenste pH.

Peptide Molecuulgewicht Calculator (GenScript) - de online calculator bepaalt de chemische formule en het molecuulgewicht van uw peptide van belang. U kunt ook post-translationele modificaties specificeren, zoals N- en C-terminale modificaties en positionering van disulfidebruggen, om nauwkeurigere resultaten te verkrijgen.

Iso-elektrische Punt Calculator 2.0 (IPC 2.0) - is een server voor de voorspelling van iso-elektrische punten en pKeen waarden met behulp van een combinatie van deep learning en ondersteunende vectorregressiemodellen. De voorspellingsnauwkeurigheid (RMSD) van IPC 2.0 voor eiwitten en peptiden overtreft eerdere algoritmen. (Referentie: Kozlowski LP (2021) Nucl. Acids Res. Web Server kwestie).

Samenstelling/molecuulgewichtberekening (Georgetown Universitair Medisch Centrum, V.S.) - het enige probleem met deze site is dat wanneer deze in batchmodus wordt uitgevoerd, de reeks niet bij naam wordt geïdentificeerd, alleen het volgnummer

Eiwitcalculator (C. Putnam, The Scripps Research Institute, V.S.) - berekent massa, pI, lading bij een gegeven pH, telt aminozuurresten etc.

Tm-voorspeller (PC Lyu Lab, Nationale Tsing-Hua Universiteit, Taiwan) - berekent de theoretische eiwitsmelttemperatuur.

Antigeniciteit en allergeniciteit: een goede plek om te beginnen is The Immune Epitope Database (IEDB)

Abie Pro-peptide-antilichaamontwerp (Chang Biowetenschappen)

Allergeniciteitsservers: AllerTOP (Referentie: Dimitrov, I. et al. 2013. BMC Bioinformatics 14(Suppl 6): S4), AlgPred - voorspelling van allergene eiwitten en het in kaart brengen van IgE-epitopen (Referentie: Saha, S. en Raghava, G.P.S. 2006. Nucleic Acids Research 34: W202-W209) en SDAP - Structurele database van allergene eiwitten (referentie: Ivanciuc, O. et al. 2003. Nucleic Acids Res. 31: 359-362).

EpiToolKit - is een virtuele werkbank voor immunologische vragen met een focus op vaccinontwerp. Het biedt een scala aan hulpmiddelen voor immuno-informatica voor MHC-genotypering, epitoop- en neo-epitoopvoorspelling, epitoopselectie voor vaccinontwerp en epitoopassemblage. In de onlangs opnieuw geïmplementeerde versie 2.0 biedt EpiToolKit een reeks nieuwe functionaliteit en maakt het voor het eerst het combineren van tools in complexe workflows mogelijk. Voor onervaren gebruikers biedt het vereenvoudigde interfaces om de gebruikers te begeleiden bij de analyse van complexe immunologische datasets. (Referentie: Schubert S et al. (2015) Bio-informatica 31(13): 2211&ndash2213).

VIOOL - Vaccine londerzoek en ONLine linformatie Network - maakt eenvoudige curatie, vergelijking en analyse van vaccingerelateerde onderzoeksgegevens over verschillende menselijke pathogenen mogelijk VIOLIN zal naar verwachting een gecentraliseerde bron van vaccininformatie worden en onderzoekers in de basis- en klinische wetenschappen voorzien van samengestelde gegevens en bio-informaticahulpmiddelen voor vaccinonderzoek en -ontwikkeling . VBLAST: BLAST Search for Vaccine Research op maat maakt verschillende zoekstrategieën mogelijk tegen 77 genomen van 34 pathogenen. (Referentie: He, Y. et al. 2014. Nucleic Acids Res. 42 (Databaseprobleem): D1124-32).

SVMTriP - is een nieuwe methode om antigeen epitoop te voorspellen met de nieuwste sequentie-invoer uit de IEDB-database. In onze methode is Support Vector Machine (SVM) gebruikt door de Tri-peptide-overeenkomst en Propensity-scores (SVMTriP) te combineren om de betere voorspellingsprestaties te bereiken. Bovendien is SVMTriP in staat om virale peptiden te herkennen vanuit een menselijke eiwitsequentie-achtergrond. (Referentie: Yao B et al. (2012) PLoS One 7(9): e45152).

Oplosbaarheid en kristaliseerbaarheid:

EnzymeMiner - biedt geautomatiseerde winning van oplosbare enzymen met diverse structuren, katalytische eigenschappen en stabiliteiten. De voorspelling van de oplosbaarheid maakt gebruik van de interne SoluProt-voorspeller die is ontwikkeld met behulp van machine learning. (Referentie: Hon J et al. 2020. Nucl Acids Res 48 (W1): W104&ndashW109).

ESPRESSO (EStiming van PRotein ExpreSsie en DUSlubility) - is een op sequentie gebaseerde voorspeller voor het schatten van eiwitexpressie en oplosbaarheid voor drie verschillende eiwitexpressiesystemen: in vivo Escherichia coli, Brevibacillus, en vrij van tarwekiemcellen. (Referentie: Hirose S, & Noguchi T. 2013. Proteomics. 13:1444-1456).

SABLE - Nauwkeurige op sequentie gebaseerde voorspelling van relatieve Solvent AccessiBiLitiEs, secundaire structuren en transmembraandomeinen voor eiwitten met onbekende structuur. (Referentie: Adamczak R et al. 2004. Eiwitten 56:753-767).

SPpred (Soplosbaar Pvoorspelling van het eiwit) (Bio-informaticacentrum, Instituut voor Microbiële Technologie, Chandigarh, India) - is een webserver voor het voorspellen van de oplosbaarheid van een eiwit bij overexpressie in E coli. De voorspelling wordt gedaan door een hybride van een SVM-model dat is getraind op PSSM-profiel, gegenereerd door PSI-BLAST-zoekopdracht van de 'nr'-eiwitdatabase en gesplitste aminozuursamenstelling.

Protein&ndashSol - is een webserver voor het voorspellen van de oplosbaarheid van eiwitten. Met behulp van beschikbare gegevens voor de oplosbaarheid van Escherichia coli-eiwitten in een celvrij expressiesysteem, worden 35 op sequentie gebaseerde eigenschappen berekend. Kenmerkgewichten worden bepaald door scheiding van subsets met lage en hoge oplosbaarheid. Het model geeft een voorspelde oplosbaarheid en een indicatie van de kenmerken die het meest afwijken van de gemiddelde waarden. (Referentie: Hebditch M et al. 2017. Bioinformatica 33(19): 3098&ndash3100).

CamSol - voor het rationele ontwerp van eiwitvarianten met verbeterde oplosbaarheid. De methode werkt door een snelle computationele screening van tienduizenden mutaties uit te voeren om die te identificeren met de grootste impact op de oplosbaarheid van het doeleiwit met behoud van de oorspronkelijke staat en biologische activiteit. (Referentie: Sormanni P et al. (2015) J Molec Biol 427(2): 478-490). NB Vereist registratie.

Sjouw gezicht Entropie Ronderwijs P rediction (SERp) - dit verkennende hulpmiddel is bedoeld om te helpen bij het identificeren van locaties die het meest geschikt zijn voor mutatie, ontworpen om de kristalliseerbaarheid te verbeteren door een benadering van oppervlakte-entropiereductie. (Referentie: Goldschmidt L. et al. 2007. Protein Science. 16:1569-1576)

CRYSTALP2 - voor in-silico voorspelling van de neiging tot eiwitkristallisatie. (Referentie: Kurgan L, et al. 2009. BMC Structural Biology 9: 50) en PPCpred - op sequentie gebaseerde voorspelling van de neiging tot productie van kristallen van diffractiekwaliteit, productie van kristallen, zuivering en productie van het eiwitmateriaal. (Referentie: M.J. Mizianty & L. Kurgan. 2011. Bioinformatics 27: i24-i33).

Antimicrobiële peptiden, vaccins en toxines:

APD (EENntimicrobieel Pepide NSatabase) (Referentie: Wang, Z. en Wang, G 2004. Nucl. Acids Res.32: D590-D592)

Het Type III-secretiesysteem (T3SS) is een essentieel mechanisme voor interactie tussen gastheer en ziekteverwekker in het infectieproces. De eiwitten die door de T3SS-machine van veel Gram-negatieve bacteriën worden uitgescheiden, staan ​​bekend als T3SS-effectoren (T3SE's). Deze kunnen ofwel subcellulair in de gastheer zijn gelokaliseerd, of deel uitmaken van de naaldpunt van de T3SS die rechtstreeks interageert met het gastheermembraan om andere effectoren in de doelcel te brengen. T3SEdb vertegenwoordigt zo'n inspanning om een ​​uitgebreide database van alle experimenteel bepaalde en vermeende T3SE's samen te voegen tot een voor het web toegankelijke site. BLAST zoeken is beschikbaar. (Referentie: Tay DM et al. 2010. BMC Bioinformatics. 11 Aanvulling 7:S4).

effectief (Universiteit van Wenen, Oostenrijk & Technische Universiteit van München, Duitsland) - Bacteriële eiwitsecretie is het belangrijkste virulentiemechanisme van symbiotische en pathogene bacteriën. Daardoor worden effectoreiwitten van het bacteriële cytosol naar het extracellulaire medium of direct naar de eukaryote gastheercel getransporteerd. Het Effectieve portaal biedt vooraf berekende voorspellingen over bacteriële effectoren in alle openbaar beschikbare pathogene en symbiontische genomen, evenals de mogelijkheid voor de gebruiker om effectoren te voorspellen in eigen eiwitsequentiegegevens.

Vaxign is het eerste webgebaseerde vaccinontwerpsysteem dat vaccindoelen voorspelt op basis van genoomsequenties met behulp van de strategie van omgekeerde vaccinologie. Voorspelde kenmerken in de Vaxign-pijplijn omvatten subcellulaire locatie van eiwitten, transmembraanhelices, adhesinewaarschijnlijkheid, conservering van menselijke en/of muizeneiwitten, sequentie-uitsluiting van genoom(en) van niet-pathogene stam(men) en epitoopbinding aan MHC klasse I en klasse II . De vooraf berekende Vaxign-database bevat voorspellingen van vaccindoelen voor >350-genomen. (Referentie: He Y et al. 2010. J Biomed Biotechnol. 2010: 297505). Een nieuwere versie Vaxign 2 Beta is hier beschikbaar.

VacTarBac is een platform dat kandidaat-vaccins tegen verschillende pathogene bacteriën opslaat. Het vaccin is ontworpen op basis van hun waarschijnlijkheid om als epitoop te werken en heeft dus het potentieel om een ​​van de verschillende takken van het immuunsysteem te induceren. Deze epitopen zijn voorspeld tegen de virulentiefactor en essentiële genen van 14 bacteriesoorten. (Referentie: Nagpal G et al. (2018) Front Immunol. 9: 2280).

Abpred - neemt een enkele aminozuursequentie voor een Fv en berekent de voorspelde prestatie op 12 biofysische platforms (Referentie: Hebditch M & J Warwicker (2019) PeerJ. 7: e8199).

T3SE - Type III secretiesysteem effectorvoorspelling (Referentie: Löwer M, & Schneider G. 2009. PLoS One. 4:e5917. Erratum in: PLoS One. 20094(7).

SIEVE Server is een openbare webtool voor het voorspellen van type III uitgescheiden effectoren. De SIEVE-server scoort potentieel uitgescheiden effectoren van genomen van bacteriële pathogenen met type III-secretiesystemen met behulp van een model dat is geleerd van bekende uitgescheiden eiwitten. De SIEVE-server vereist dat alleen eiwitsequenties van eiwitten worden gescreend en geeft een conservatieve kans dat elk invoereiwit een type III-uitgescheiden effector is. (Referentie: McDermott JE et al. 2011. Infect Immun. 79:23-32).

Circulair dichroïsme:

Circulair dichroïsme (Birkbeck College, School of Crystalography, Engeland) DICHROWEB is een interactieve website waarmee gegevens van circulair dichroïsme-spectroscopie-experimenten kunnen worden gedeconvolueerd. Het biedt een interface voor een reeks deconvolutie-algoritmen (CONTINLL, SELCON3, CDSSTR, VARSLC, K2D).

K2D2: Voorspelling van percentages van secundaire eiwitstructuur uit CD-spectra - maakt analyse mogelijk van 41 CD-spectrumgegevenspunten variërend van 200 nm tot 240 nm of 51 gegevenspunten voor het bereik van 190-240 nm (referentie: Perez-Iratxeta C & Andrade- Navarro MA 2008. BMC structurele biologie 2008 8:25)

K2D3 is een webserver om het a-helix- en ß-strenggehalte van een eiwit te schatten op basis van het circulaire dichroïsme-spectrum. K2D3 gebruikt een database van theoretische spectra afgeleid met Dichrocalc (Referentie: Louis-Jeune C et al. 2012. Eiwitten: structuur, functie en bio-informatica 80: 374&ndash381)

Cysteïne Residuen:

DiANNA - voorspelt de oxidatietoestand van cysteïne (76% nauwkeurigheid), cysteïneparen (81% nauwkeurigheid) en disulfidebindingsconnectiviteit (86% nauwkeurigheid). (Referentie: Nucl. Acids Res. 33: W230-W232).

CYSREDOX (Rockefeller University, V.S.) en CYSPRED (CIRB Biocomputing Group, Universiteit van Bologna, Italië) bereken de redoxtoestand van cysteïneresiduen in eiwitten.

Hydrofobiciteitsplotter ( Innovagen ) - en Protein Hydroplotter - selecteer onder Tools (ProteinLounge, San Diego, CA ).

Proteolyse en massaspectrometrie:

Proteolyse - PeptideCutter (ExPASy, Zwitserland) die ook splitsingsplaatsen voor enzymen en chemicaliën voorspelt. Een alternatieve proteolysesite is Mobility_plot 4.1 (Advanced Proteolytic Fingerprinting, IGH, Frankrijk).
Voor meer geavanceerde eiwitanalyse met massaspectroscopie heeft ExPasy FindMod geïntroduceerd om mogelijke post-translationele eiwitmodificaties in peptiden te voorspellen, en GlycoMod, dat de mogelijke oligosacharidestructuren die voorkomen op eiwitten uit hun experimenteel bepaalde massa kan voorspellen.

ProFound - is een hulpmiddel voor het doorzoeken van een eiwitsequentiedatabase met behulp van informatie uit massaspectra van peptidekaarten. Een Bayesiaans algoritme wordt gebruikt om de eiwitsequenties in de database te rangschikken op basis van hun waarschijnlijkheid om de peptidekaart te produceren. Een vereenvoudigde versie is hier te vinden (Rockefeller University, New York, VS). Men kan de eigen eiwitdatabase niet gebruiken.

EiwitProspector (Universiteit van Californië) - biedt een breed scala aan tools (bijv. MS-Fit, MS-Tag, MS-Seq, MS-Pattern, MS-Homology) voor de eiwitmassaspectroscopist.

Herhalingen in eiwitsequenties kunnen worden ontdekt met behulp van Radar ( R apid EEN utomatisch NS etectie en EEN aansluiting van R herhaalt, Europees Instituut voor Bio-informatica) of REPRO (referentie: George RA.& Heringa J. 2000. Trends Biochem. Wetenschap. 25: 515-517).

REPER (REPeet en hun PERiodicities) - detecteert en analyseert regio's met korte gapless herhalingen in eiwitten. Het vindt periodiciteiten door Fourier Transform (FTwin) en interne gelijkenisanalyse (REPwin). FTwin kent numerieke waarden toe aan aminozuren die bepaalde eigenschappen weerspiegelen, bijvoorbeeld hydrofobiciteit, en geeft informatie over overeenkomstige periodiciteiten. REPwin maakt gebruik van zelfuitlijningen en geeft herhalingen weer die significante interne overeenkomsten onthullen. Ze worden aangevuld met PSIPRED en coiled coil predictie (COILS), waardoor de server een nuttig analytisch hulpmiddel is voor fibreuze eiwitten. (Referentie: M. Gruber et al. 2005. Nucl. Acids Res. 33: W239-W243).

Tweedimensionale gels:

JVirGel-berekening van virtuele tweedimensionale eiwitgels - creëert virtuele 2D-proteomen uit een enorme lijst van eukaryoten en prokaryoten (of een individueel eiwit). Twee versies: html (beperkt) en Java-applet (ongelooflijk maar je moet Java Runtime Environment installeren. (Referentie: K. Hiller et al. 2003. Nucl. Acids Res. 31: 3862-3865).

Virtuele tweedimensionale eiwitgels tekenen (PRODORIC Net, Duitsland) - met behulp van uw eigen eiwitsequentiegegevens of voor verschillende organismen.

Scratch Proteïne Voorspeller - (Instituut voor Genomica en Bioinformatica, University California, Irvine) - programma's omvatten: ACCpro: de relatieve oplosmiddeltoegankelijkheid van eiwitresiduen CMAPpro: Voorspelling van aminozuurcontactkaarten COBEpro: Voorspelling van continue B-celepitopen CONpro: voorspelt of het aantal contacten van elk residu in een eiwit boven of onder het gemiddelde ligt voor dat residu DIpro: voorspelling van disulfidebruggen DISpro: voorspelling van ongeordende regio's DOMpro: voorspelling van domeinen SSpro: voorspelling van secundaire eiwitstructuur SVMcon: voorspelling van aminozuurcontactkaarten met behulp van Support Vector Machines en, 3Dpro: voorspelling van tertiaire eiwitstructuur (Ab begin).

Mutagenese:

Genmutagenese ontwerper (GenScript) is ontwikkeld om uw ontwerp van punt-DNA-mutagenese eenvoudig te maken om genmutatie te vergemakkelijken. Om DNA-mutagenese van wildtype uit te voeren, voert u eenvoudig uw startsequentie van het wildtype-gen in het onderstaande veld in en klikt u vervolgens op de knop "van selectie" om de gewenste aminozuur(en) te selecteren. Bijgevolg zal de nieuwe gensequentie die codeert voor gemuteerd eiwit worden gegenereerd na een klik op &ldquosubmit&rdquo. U kunt een aantal expressiesystemen selecteren.

I-Mutant2.0: voorspeller van veranderingen in eiwitstabiliteit na mutatie - kies een PDB-referentienummer of plak uw eigen eiwit. Het antwoord (per e-mail) geeft aan of het eiwit min of meer stabiel is, een gegeven dat van pas kan komen bij het ontwerpen van "betere" eiwitten. (Referentie: E. Capriotti et al. 2005. Nucl. Zuren Res. 33: W306-W310).

SIFT - De Sorting lonverdraagzaam From tolerant (SIFT)-algoritme voorspelt het effect van coderende varianten op de eiwitfunctie, d.w.z. het voorspelt of een aminozuursubstitutie de eiwitfunctie beïnvloedt op basis van sequentiehomologie en de fysieke eigenschappen van aminozuren. SIFT kan worden toegepast op natuurlijk voorkomende niet-synonieme polymorfismen en laboratorium-geïnduceerde missense-mutaties. (Referentie: N-L Sim et al. 2012. Nucleic Acids Research 40(1): W452&ndashW457).

mCSM-membraan - voorspelt de effecten van mutaties op transmembraaneiwitten. (Referentie: Pires DEV et al. 2020. Nucl Acids Res 48 (W1): W147&ndashW153).


Materialen voor implanteerbare systemen

1.7.1 Afstemming van de fysische en chemische eigenschappen van oppervlakken

Eiwitadsorptie kan in principe worden verzacht door de hydrofobiciteit van het oppervlak aan te passen (Wang et al., 2004 ), textuur (Curtis en Wilkinson, 2001) en oppervlaktefunctionalisering (Elbert en Hubbell, 1996) van het implantaat. Dit is echter geen gemakkelijke taak: zelfs als er zeer kleine hoeveelheden geadsorbeerde eiwitten aanwezig zijn, vindt celrekrutering nog steeds plaats ( Shen et al., 2002 ). Er zijn verschillende rapporten in de huidige literatuur van systematische experimenten met een reeks oppervlaktechemie die resulteren in verschillende gradaties van hydrofobiciteit om te proberen dit doel te bereiken (Tang et al., 1998 Anderson et al., 1999). In het algemeen wordt dit bereikt door verschillende functionele groepen te immobiliseren door middel van silanisatie. Hoewel celadhesie die correleert met acute ontsteking in sommige gevallen met succes is verminderd, is er consensus dat oppervlaktefunctionaliteit geen merkbaar effect heeft op chronische ontstekingsprocessen (zie bijvoorbeeld Tang et al., 1998 Ratner, 2002 Bruggen en Garcia, 2008). Ongeacht de samenstelling van het oppervlak, adsorberen niet-specifieke en willekeurig georiënteerde eiwitten aan het oppervlak op een manier die fundamenteel verschilt van elk natuurlijk proces, wat leidt tot de hypothese dat de zoektocht naar een gecontroleerd eiwitadsorptieproces en niet om het te vermijden (Ratner, 2002).


Invoering

Ondanks het toenemende commerciële en industriële gebruik van nanodeeltjes (NP's) in gebieden zoals zonnebrandmiddelen, cosmetica, katalysatoren, pigmenten en antimicrobiële stoffen, is er weinig bekend over hun milieu-impact [1]. Schattingen voorspellen een stijging van de wereldwijde consumptie van nanomaterialen van ongeveer 308.322 ton in 2016 tot 733.220 ton in 2021 [2]. Aan het einde van hun levensduur komen NP's vrij en komen ze in dynamische en complexe omgevingen terecht die hun oppervlak transformeren. Momenteel is er onvoldoende informatie om voorspellende structuur-activiteitsrelaties voor risicobeoordeling vast te stellen, voornamelijk vanwege een gebrek aan fysisch-chemische karakterisering van nanomaterialen in relevante omstandigheden [3]. Verdelingscoëfficiënten worden veel gebruikt om het lot in het milieu en de biologische beschikbaarheid van chemicaliën te modelleren, maar parallelle descriptoren voor nanomaterialen zijn niet op grote schaal geïmplementeerd [4]

Een van de krachtigste en meest bruikbare descriptoren van chemicaliën is relatieve hydrofobiciteit. Hydrofobiciteit is een belangrijke parameter bij risicobeoordeling die kan worden gebruikt om beweging door de bodem, transport in waterige omgevingen, biologische beschikbaarheid voor organismen en verdeling in fysiologische systemen te voorspellen [5]. Hydrofobiciteit wordt ook beschouwd als een belangrijke parameter voor de voorspelling van omgevingsgedrag en biologische interacties van nanomaterialen [6,7]. Net als bij chemicaliën, is de kans groter dat hydrofiele NP's in de waterkolom blijven en mogelijk een grotere mobiliteit hebben, terwijl hydrofobe deeltjes zich eerder hechten aan organisch materiaal in het sediment. Wanneer NP's het milieu binnenkomen, ontmoeten ze milieubestanddelen zoals natuurlijke organische stof (NOM), ionen en polysachariden, die adsorberen aan het NP-oppervlak en een dynamische corona vormen, waardoor de NP-oppervlakte-eigenschappen veranderen en het lot, transformaties en opname worden beïnvloed [8] ]. De hydrofobiciteit van het oppervlak van NP's beïnvloedt waarschijnlijk de samenstelling van de corona en de affiniteit voor de omringende omgevingsoppervlakken [9,10].

Dit concept wordt verder toegepast om de interactie van NP's met organismen te beschrijven. Van hydrofobe NP's is aangetoond dat ze interageren met de lipide dubbellaag van organismen, en er zijn aanwijzingen voor een verhoogde opname ten opzichte van hydrofiele NP's [11]. Na opname is aangetoond dat de hydrofobiciteit van het NP-oppervlak de toxiciteit, circulatietijd en bioaccumulatie direct beïnvloedt [12,13]. Bovendien dicteert hydrofobiciteit de interactie van het NP-oppervlak met biologische componenten zoals eiwitten en biomoleculen die aan het oppervlak adsorberen, waardoor de biologische interactie verder verandert [14].

Nanodeeltjesspecifieke overwegingen dragen bij aan de complexiteit van het meten en interpreteren van hydrofobiciteitsstatistieken. NP's kunnen bestaan ​​uit verschillende groottes en oppervlaktefunctionalisering, die beide het partitioneringsgedrag en interacties beïnvloeden. Hou et al. ontdekte dat de grootte van Au NP's van invloed was op hoe snel NP's zich verspreidden naar een vast ondersteund lipidemembraan, terwijl oppervlaktefunctionaliteit en oplossingschemie de "schijnbare" steady-state-concentraties bepaalden [15]. Agglomeratie kan ook het lot beïnvloeden en metingen compliceren door NP's in de loop van de tijd te laten bezinken en echt partitioneringsgedrag te voorkomen [16]. NP's worden vaak gefunctionaliseerd met verschillende oppervlaktecoatings die ook de hydrofobiciteit van het oppervlak kunnen veranderen. Eerdere studies hebben aangetoond dat veranderingen in hydrofobiciteit van het deeltjesoppervlak celinteracties en de daaruit voortvloeiende opname kunnen veranderen [17]. Een andere studie vond dat de hechting van Ag NP's aan hydrofobe collectoroppervlakken recht evenredig was met de hydrofobiciteit van coatings (citraat, PVP en GA) [18]. Daarom is een bruikbare maat voor hydrofobiciteit nodig die nauwkeurig complex en dynamisch NP-gedrag weergeeft.

Conventionele methoden om de hydrofobiciteit van chemicaliën en vaste oppervlakken te kwantificeren, zijn gebaseerd op partitionering of andere evenwichtsafhankelijke metingen. NP's bereiken echter geen thermodynamisch evenwicht, dus kinetisch gecontroleerde parameters zijn relevanter en geschikter [19]. Een benadering is het verkrijgen van waarden voor de aanhechtingsefficiëntie (α) van NP's die direct kunnen worden toegepast om de afzetting van NP's op een collectoroppervlak te modelleren met behulp van de Smoluchowski-vergelijking. Deze methode is goed ingeburgerd voor het modelleren van de coagulatie van deeltjes en het is aangetoond dat het met succes de aanhechting van bepaalde NP's aan oppervlakken in complexe omgevingen kwantificeert [20-24]. α moet echter experimenteel worden bepaald voor elk paar oppervlakken en is afhankelijk van media-eigenschappen zoals ionsterkte, pH en concentratie van organisch materiaal. Het is nodig om de inherente hydrofobiciteit van het oppervlak van NP's te kwantificeren om de hechting aan oppervlakken te voorspellen met behulp van computationele lotmodellen op een manier die parallel loopt aan het voorspellen van de verdeling van chemicaliën in milieucompartimenten. Om dit aan te pakken, Valsesia et al. ontwikkelde een methode om de bevestigingsefficiëntie voor NP's en standaard ontworpen collectoroppervlakken te kwantificeren [25]. Deze methode is veelbelovend, maar is tot nu toe alleen toegepast op geïdealiseerde, bolvormige NP's onder gecontroleerde omstandigheden.

Bestaande methoden voor het karakteriseren van de hydrofobiciteit van stoffen zijn toegepast op NP's en met wisselend succes. Voorbeelden van deze methoden zijn de contacthoek, die meestal wordt gebruikt om de hydrofobiciteit van vaste oppervlakken te evalueren, octanol-water-partitionering, die vaak wordt gebruikt voor chemicaliën, en hydrofobe interactiechromatografie, die een relatieve maatstaf biedt voor de hydrofobiciteit van eiwitten. In sommige gevallen zijn deze methoden aangepast voor NP-specifiek gedrag.

De contacthoek meet de bevochtigbaarheid van een vast oppervlak door een sondevloeistof, meestal met behulp van de sessiele-druppeltechniek, en het meten van de hoek bij het vaste-vloeistof-damp-grensvlak. Om deze techniek op nanomaterialen toe te passen, wordt een NP-suspensie eerst gefilterd en in een platte schijf geperst voordat de sondevloeistof wordt aangebracht. Deze methode werd uitgevoerd op een reeks zeldzame aardoxide-NP's en ze bleken allemaal hydrofoob te zijn, met watercontacthoeken tussen 100 ° en 115 ° [26]. Een vergelijkbare methode werd toegepast op fullerenen, fullerolen en gecoate Ag NP's op het grensvlak tussen vloeistof, vloeistof en vaste stof en ze bleken allemaal hydrofiel te zijn, wat niet consistent was met andere metingen [27]. Arnaudov et al. gebruikte een gel-trapping-techniek om de noodzaak te elimineren om NP's in een platte schijf te drukken, maar deze methode vereist geavanceerde technieken zoals atoomkrachtmicroscopie en houdt geen rekening met effecten van agglomeratie of functionalisering [28]. Een belangrijke beperking van het gebruik van de contacthoek voor hydrofobiciteit is dat het geen experimentele . toelaat ter plaatse metingen [26,27,29]. Bovendien houdt het geen rekening met NP-grootte, vorm, oppervlakteruwheid of heterogeniteit [30].

Als NP-suspensies worden gemodelleerd als homogene oplossingen, zou het scheidingsgedrag tussen twee niet-mengbare vloeibare fasen (octanol en water) kunnen worden gebruikt om hydrofobiciteit te evalueren. De verdelingscoëfficiënt octanol-water (KOW) wordt vaak gebruikt voor chemicaliën en is een krachtige descriptor om het lot in het milieu en de biologische beschikbaarheid te modelleren voor risicobeoordeling [31]. Octanol wordt gebruikt als surrogaat voor organisch rijk materiaal, zoals het sediment of lipidemembraan. Deze meting, wanneer toegepast op opgeloste chemicaliën, veronderstelt dat opgeloste stoffen vrij kunnen bewegen tussen twee fasen, en de evenwichtsconcentraties vertegenwoordigen de "affiniteit" voor elke fase.

NP-suspensies schenden de basisveronderstellingen van oplosbaarheid en evenwicht geassocieerd met KOW, maar veel studies passen deze maatregel nog steeds toe om de hydrofobiciteit van NP's te evalueren [19]. De methode is het meest toegepast op fullerenen, en hoewel ze over het algemeen als zeer hydrofoob worden gekarakteriseerd, zijn exacte waarden niet consistent tussen studies en overspannen ordes van grootte [27,32]. Bij toepassing op koolstofnanobuisjes, gemeten KOW waarden bleken niet voorspellend te zijn voor bioaccumulatie in regenwormen of oligochaeten. de KOW van nanomaterialen is naar verluidt inconsistent met organische verbindingen met een vergelijkbare chemische structuur, waarbij aggregatie, grootte en oppervlaktecoatings allemaal als mogelijke verklaringen worden genoemd [33].

Sommige studies hebben geprobeerd een K . te verkrijgenOW waarde voor NP's, terwijl de tekortkomingen worden erkend of inspanningen worden geleverd om de resultaten aan te passen voor op deeltjes gebaseerde systemen. Bij toepassing van de schudflesmethode om K . te metenOW, is waargenomen dat sommige nanomaterialen zich verdelen op het grensvlak tussen de waterige en octanolfasen. Er werd een verdelingscoëfficiënt met twee parameters voorgesteld om metingen in dit scenario te analyseren, waarbij de massaverhouding van NP's in het waterige, organische en grensvlak allemaal in aanmerking worden genomen [34]. De resulterende metingen zijn systeemafhankelijk en een functie van het oppervlak van het grensvlak, het aantal deeltjes en de tijd. Een andere voorgestelde aanpassing is om de K . te evaluerenOW van de functionele oppervlaktegroepen alleen, en veronderstellen dat de kern een verwaarloosbaar effect heeft op de hydrofobiciteit van het oppervlak [7]. Dit is waarschijnlijk het meest geschikt voor NP's met kleine kernen en grote, vertakte organische coatings. KOW metingen van deze aard kunnen nuttig zijn om te vergelijken binnen een klasse van nanomaterialen, maar zijn tot op heden niet op grote schaal geïmplementeerd.

Een alternatieve methode om de hydrofobiciteit van NP's te evalueren, is hydrofobe interactiechromatografie (HIC). HIC wordt meestal gebruikt om eiwitten te scheiden op basis van hun relatieve hydrofobiciteit [35]. Eiwitten worden door een kolom geëlueerd door een stapsgewijze afname van de zoutconcentratie, waarbij de meest hydrofobe eiwitten worden geëlueerd bij de laagste zoutconcentratie. De stationaire matrix van de kolom bestaat typisch uit agarosekralen die zijn gefunctionaliseerd met alkylketens van verschillende lengtes. Hoewel deze methode mogelijk geschikt is voor toepassing met NP's vanwege het vergelijkbare groottebereik van eiwitten, is deze alleen in een beperkt aantal onderzoeken toegepast om de hydrofobiciteit van NP's te meten. Polystyreen NP's werden geëvalueerd bij een constante zoutconcentratie en het elutievolume dat nodig was om deeltjes volledig uit een alkyl-agarosekolom te verwijderen, werd gebruikt als een maat voor hydrofobiciteit [36]. Een andere aanpassing was het gebruik van meerdere kolommen met verschillende alkylketenlengtes om de hydrofobiciteit van verschillende polymere NP's te vergelijken [37]. HIC kan mogelijk worden gebruikt voor deeltjes met een breed scala aan hydrofobiciteit omdat de stationaire fase door de gebruiker kan worden geselecteerd.

De adsorptie van hydrofobe kleurstoffen aan het deeltjesoppervlak is een andere methode die potentieel goed geschikt is voor NP's. Deze methode is toegepast op fluorescerend gelabelde polystyreen NP's, latexdeeltjes met verschillende functionele groepen en vaste lipide NP's met Rose Bengal, een organische kleurstof, als een hydrofobe sonde [17,38,39]. Enkele problemen die met deze methode werden geïdentificeerd, waren interferentie van oppervlakteactieve stoffen, tijdsintensieve afstandsbepaling voor geschikte NP-concentraties en problemen met het scheiden van NP's van suspensie voor absorptieanalyse. Rose Bengal biedt robuuste metingen voor hydrofobe NP's, maar biedt beperkte informatie over hydrofiele oppervlakken. Het gebruik van een hydrofiele kleurstof, Nile Blue, werd aangetoond als een middel om resolutie te verschaffen aan metingen van hydrofiele deeltjes [27]. Het gebruik van zowel hydrofobe als hydrofiele kleurstoffen is veelbelovend om metingen met een goede resolutie te leveren om NP's te vergelijken met een breed scala aan samenstellingen.

In deze studie evalueerden we HIC en kleurstofadsorptie (Bengalenroze en Nijlblauw) om de hydrofobiciteit van NP's te evalueren en vergeleken met traditionele KOW methoden. De resultaten werden geëvalueerd op basis van het vermogen van elke methode om grote uitdagingen in verband met NP's te overwinnen: agglomeratie, oppervlaktefunctionalisering en omgevingstransformaties. Ongecoate gouden (Au) NP's werden geselecteerd vanwege hun kleine formaat en het vermogen om gemakkelijk te kwantificeren door absorptiespectroscopie. Ongecoate koperoxide (CuO) NP's werden gebruikt vanwege hun bekende neiging om in oplossing te agglomereren. Silica (SiO2) NP's met en zonder amine-oppervlakfunctionalisatie werden gekozen om veranderingen in hydrofobiciteit als gevolg van oppervlaktecoatings waar te nemen. We hebben methoden onderzocht, aangepast en geëvalueerd op basis van mogelijke wijdverbreide toepasbaarheid op NP's, met als uiteindelijk doel het verkrijgen van snelle, bruikbare ter plaatse metingen voor toekomstige modellen voor het lot in het milieu.


Abstract

Eiwit-nanodeeltjes zijn biomaterialen die volledig uit eiwitten zijn samengesteld, waarbij de eiwitsequentie en -structuur de fysisch-chemische eigenschappen van de nanodeeltjes bepalen. Bij blootstelling aan fysiologische of omgevingsvloeistoffen is het waarschijnlijk dat eiwitnanodeeltjes, net als synthetische nanodeeltjes, eiwitten zullen adsorberen en deze eiwitcorona zal afhankelijk zijn van de oppervlakte-eigenschappen van de eiwitnanodeeltjes. Aangezien er weinig begrip is van dit fenomeen voor gemanipuleerde eiwitnanodeeltjes, was het doel van dit werk om eiwitnanodeeltjes te creëren met variabele oppervlaktehydrofobiciteit en oppervlaktelading en het effect van deze eigenschappen op de massa en samenstelling van de geadsorbeerde corona vast te stellen, met behulp van de foetale runderserum als fysiologische modeloplossing. Albumine, kationische albumine en ovalbumine verknoopte nanodeeltjes werden ontwikkeld voor dit onderzoek en hun geadsorbeerde eiwit corona's werden geïsoleerd en gekarakteriseerd door gelelektroforese en nanovloeistofchromatografie massaspectrometrie.Duidelijke trends in coronamassa en samenstelling werden geïdentificeerd voor eiwitnanodeeltjes op basis van oppervlaktelading en oppervlaktehydrofobiciteit. Proteomische analyses onthulden unieke coronapatronen van eiwitten en identificeerden verschillende eiwitten waarvan bekend is dat ze de klaring van nanodeeltjes beïnvloeden in vivo. Verder beïnvloedde de eiwitcorona de internalisatie van nanodeeltjes in vitro in een macrofaagcellijn. Al met al demonstreren deze resultaten het sterke effect dat eiwitidentiteit en eigenschappen hebben op de corona gevormd op nanodeeltjes gemaakt van dat eiwit. Dit werk legt de basis voor toekomstige studie van eiwitcorona's op het brede scala aan eiwitnanodeeltjes die worden gebruikt in nanogeneeskunde en milieutoepassingen.


Verband tussen secundaire structuur en oppervlaktehydrofobiciteit van sojaproteïne-isolaat onderworpen aan warmtebehandeling

90°C. Warmtedenaturatie verhoogde de hydrofobiciteit van het oppervlak en de hydrofobiciteit van het oppervlak nam af naarmate aggregaat werd gevormd. Warmte veroorzaakte een toename van de relatieve hoeveelheid α-helixstructuren en een algehele afname van de hoeveelheid β-sheetstructuren in vergelijking met onbehandelde SPI. De relatieve hoeveelheden secundaire structuren varieerden met de tijd, temperatuur en intensiteit van de toegepaste warmtebehandeling. De β-sheetstructuur was het belangrijkst vanwege zijn significante rol bij denaturatie van 7S-globuline en na gevormde aggregaten en zelfs bij denaturatie van 11S-globuline. het bedrag van β-bladstructuur in SPI had een omgekeerde correlatie met de hydrofobiciteit van het oppervlak wanneer de temperatuur onder 90 °C werd gehouden. Daarnaast, β-turn structuur verhoogd als β-7S/B-11S aggregaat geformatteerd.

1. Inleiding

Het definiëren en meten van eiwitfunctionaliteit begint op het niveau van de eiwitstructuur. Biologische structureel-functionele relaties worden vaak onthuld om eiwittoepassingen aan te passen die gewoonlijk worden geassocieerd met structurele overgangen [1]. Thermische behandeling is een veelgebruikte methode om de functionaliteit van soja-eiwitten te verbeteren, zoals oplosbaarheid, waterabsorptie, gelering, emulgering of schuimvorming [2-6]. Eerder onderzoek toonde aan dat deze functionele eigenschappen afhankelijk zijn van de samenstelling, structuur, mate van dissociatie, denaturatie en aggregatie van de 7S- en 11S-globulinen [7-9].

Temperatuurstijgingen zorgen ervoor dat eiwitten zich ontvouwen, waardoor de sulfhydryl- en hydrofobe groepen worden blootgesteld. Glycinine heeft bijvoorbeeld secundaire structuurveranderingen en de hydrofobiciteit van het oppervlak neemt toe bij verwarming [8, 9]. Verwarming SPI, bestaande uit zowel glycinine en β-conglycinine, induceert de ontwikkeling van specifieke interacties tussen de subeenheden [10] en de vorming van oplosbare complexen tussen de β-subeenheid van β-conglycinine en de basissubeenheid van glycinine [11]. Daarentegen veroorzaakt het verwarmen van alleen glycinine aggregatie van zijn basissubeenheden. Het verhitten van soja-eiwitdispersies bij temperaturen boven 70°C veroorzaakt het ontvouwen van de bolvormige structuur, wat leidt tot eiwitdenaturatie en de vorming van nieuwe intra- en intermoleculaire bindingen, zoals waterstofbruggen en elektrostatische en hydrofobe interacties [11].

Oppervlaktehydrofobiciteit is een van de belangrijkste structuurgerelateerde factoren die de functionele eigenschappen van eiwitten beïnvloeden. De hydrofobiciteit van het oppervlak is significant gecorreleerd met eiwitgelering, emulsie en schuimvorming, die cruciale eigenschappen zijn bij de toepassing ervan als voedselingrediënten [2, 12]. In verschillende eiwitmonsters werd een positieve relatie tussen de flocculatie-oproomsnelheidsconstante en evenwichtsolievolumefractie van emulsies met oppervlaktehydrofobiciteit gedetecteerd [13]. Hettiarachchy et al. [14] meldde dat met alkali gemodificeerde soja-eiwitkleefstoffen met hoge hydrofobiciteiten de waterbestendigheidseigenschappen verbeterden. Jiang et al. [15] gerapporteerde waterbestendigheidseigenschappen van soja-eiwitisolaatfilms vertoonden een nauwe relatie met hydrofobiciteit van het oppervlak.

Wang et al. [16] wees erop dat toenemende hydrofobiciteit van het oppervlak als gevolg van het ontvouwen van een verwarmd eiwit, vergezeld van de vorming van aggregaten verbonden door disulfidebindingen, kan leiden tot een lagere oppervlaktedruk bij langdurige adsorptie en vergelijkbare dynamische grensvlakreologie. Het onderzoeken van de hydrofobiciteit van het oppervlak kan een belangrijke stap zijn bij het aanpassen van de functies en eigenschappen van een eiwit op moleculair niveau.

Oppervlaktehydrofobiciteit is een structuurgerelateerde functie, afhankelijk van de grootte en vorm van het eiwitmolecuul, de aminozuursamenstelling en -sequentie, en eventuele intramoleculaire of intermoleculaire verknopingen [17-19]. Hoewel eerdere onderzoeken naar grensvlakeigenschappen / -functie zoals schuimvorming en emulgering enige informatie hebben gegeven over de hydrofobiciteit van het oppervlak vanuit een structureel perspectief [14-18], moet de relatie tussen ruimtelijke conformaties en hydrofobiciteit van het oppervlak nog steeds duidelijk worden gedefinieerd.

Van eiwitdenaturatie is bekend dat het hydrofobe groepen blootstelt en dus een toename van de hydrofobiciteit van het oppervlak veroorzaakt. Bovendien duidt variatie in hydrofobiciteit aan het oppervlak op veranderingen in hydrofobe interacties die de vorming van aggregaten en denaturatie van eiwitten beïnvloeden [20]. Onderzoek naar thermische behandelingen legde dus uit dat het gebruik van het concept van hydrofobiciteit aan het oppervlak nodig is.

Het doel van deze studie was om SPI-structurele veranderingen na verwarming en het effect op de hydrofobiciteit van het oppervlak te analyseren om de relatie tussen veranderingen in de secundaire structuur en de hydrofobiciteit van het oppervlak van SPI te evalueren, wat nuttig is om een ​​nieuw perspectief te geven op de opheldering van de functionaliteit van soja-eiwit.

2. materialen en methoden

2.1. Bereiding van SPI

SPI werd bereid door ontvette sojavlokken (gedoneerd door het Key Laboratory of Soybean Biology of Education Ministry, Soybean Research Center van Northeast Agriculture University, China) in 15-voudig water te suspenderen en met 2 mol/L NaOH op pH 7 te brengen. Na 1 uur roeren werd de suspensie 30 minuten bij 8.000 g gecentrifugeerd. Het supernatant werd verder onderworpen aan iso-elektrische precipitatie door de pH in te stellen op 4,5 met 2 mol/L HCl. Het eiwitprecipitaat werd verkregen door centrifugeren (5.000 g, 30 min), opnieuw gesuspendeerd in water en ingesteld op een pH van 7 met 2 mol/L NaOH. Na het verwijderen van een kleine hoeveelheid onoplosbare stoffen door 30 minuten te centrifugeren bij 10.000 g, werd de eiwitoplossing gevriesdroogd en gemalen om SPI-poeder op te leveren. Alle procedures werden uitgevoerd bij kamertemperatuur. Het eiwitgehalte van SPI werd bepaald met de Kjeldahl-methode als:

). Alle andere chemicaliën die in dit onderzoek werden gebruikt, waren van reagenskwaliteit, tenzij anders aangegeven.

2.2. Warmtebehandeling van SPI

Drie gram SPI werd eerst gedispergeerd in 50 ml standaardbuffer, namelijk 0,1 M fosfaatbuffer (pH 7,0), gevolgd door mengen met standaardbuffer, om dispersies met de gewenste concentraties te geven. De eiwitconcentratie in de oplossingen werd bepaald door de Lowry-assay Lowry et al. [21], met BSA als het standaard eiwit. De waterige dispersie werd vervolgens geroerd in een glazen buis (verzegeld) en verwarmd op temperaturen van 70 tot 90 °C gedurende respectievelijk 15, 30, 45, 60 of 90 minuten in een temperatuurgecontroleerd bad met temperatuurafwijkingen van minder dan 1°C. Na de warmtebehandeling werden de monsters gedurende 30 minuten bij 10.000 g gecentrifugeerd om de onoplosbare SPI te verwijderen, vervolgens onmiddellijk afgekoeld in een ijsbad en direct onderworpen aan verdere experimenten.

2.3. Differentiële scanningcalorimetrie (DSC)

DSC-thermogrammen werden geregistreerd op een 2920 gemoduleerde DSC (TA Inc., New Castle, DE, VS) met een verwarmingssnelheid van 5 ° C / min en temperatuurbereiken van 25 - 120 ° C. Het instrument werd gekalibreerd voor temperatuur en enthalpie met behulp van indium. Verwarmde SPI-monsters werden eerst gevriesdroogd, vervolgens in een hermetische aluminium pan gevuld met 15 mg 10% (w/w) soja-eiwitdispersies in gedestilleerd water en afgesloten. Een lege pan werd als referentie gebruikt. De enthalpie van denaturatie (ΔH) en de temperatuur van denaturatie (

) werden berekend met behulp van de DSC-software na het handmatig instellen van de start- en eindpunten van de endotherme piek.

2.4. Oppervlakte hydrofobiciteit

Oppervlaktehydrofobiciteit werd bepaald met behulp van 1-anilino-8-naftaleensulfonaat (ANS) als een fluorescentieprobe [22]. Het eiwit werd gesuspendeerd in fosfaatbuffer (0,1 M, pH 7) in een concentratie van 4 mg/ml bij kamertemperatuur, onder af en toe roeren gedurende 30 minuten. De suspensie werd 30 minuten bij 10.000 g gecentrifugeerd. Seriële verdunningen van het supernatant werden gemaakt met dezelfde buffer in een concentratiebereik van 0,0025-4 mg/ml. Eiwitconcentratie werd bepaald door een methode beschreven door Lowry et al. [21]. Tot 2 ml eiwitoplossing, 40 μ1 ANS-oplossing (8 mmol/L in 0,1 mol/L, pH 7,0, fosfaatbuffer) werd toegevoegd. Fluorescentie-intensiteit (FI) werd gemeten bij 365 nm (excitatie) en 484 nm (emissie) op een Cary Eclipse Fluorescentie-spectrofotometer (Varian Inc., Palo Alto, CA, VS). Een grafiek van de aanvankelijke helling van FI vergeleken met de grafiek van de eiwitconcentratie werd genomen als een index van oppervlaktehydrofobiciteit.

2.5. FT-IR Microspectroscopie

FT-IR-absorptiespectra van 4.000 tot 400 cm −1 werden verkregen in de transmissiemodus door een Nicolet Magna IR 550 FT-IR-spectrometer (Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, MA, VS) continu gespoeld met droge lucht en uitgerust met vloeistof stikstofkoeling MCT-detector. Verwarmde SPI-monsters werden eerst gevriesdroogd en vervolgens geproduceerd door in KBr-vensters (1,5 mg eiwit tot 200 mg KBr) te persen op een Carver-pers bij een druk van 5-6 T. Elk spectrum werd verkregen door 256 interferogrammen bij elkaar te voegen met een spectrumresolutie van 2,0 cm 1. De ontleding van de amide I-band werd uitgevoerd in het gebied van 1700-1600 cm 1. Een tweede afgeleide analyse ("piekaanpassing" -procedure) van de IR-SD, waarvan eerder was aangetoond dat deze betrouwbare kwantitatieve informatie opleverde, werd gebruikt om een ​​kwantitatieve analyse van de secundaire structurele componenten van SPI te verkrijgen. De "piekaanpassing" -procedure werd toegepast op de lineaire basislijncorrectie, de Fourier-zelfdeconvolutie en het gedeconvolueerde (verschil) spectrum om de individuele componentbanden op te lossen en te kwantificeren volgens een Gauss-curve-fit (GCF). De procedure handhaafde de initiële bandposities in een interval van

cm −1 , banden met negatieve hoogten uitgesloten en de bandbreedte binnen de verwachte limieten gehouden in overeenstemming met de theoretische grenzen of voorspellingen. De relatieve hoeveelheden van de verschillende secundaire structuren van SPI werden bepaald uit de tweede afgeleide van het amide I door handmatig de gebieden onder de banden te berekenen die aan een bepaalde substructuur zijn toegewezen. Het verschil tussen het gemeten spectrum en de curve-fit werd berekend als een interne controle van het succes van het curve-fitting-proces.

2.6. Statistische analyse

Elke behandeling werd uitgevoerd in ten minste drievoud. De resultaten werden onderworpen aan een eenrichtingsanalyse van variantie volgens de algemene lineaire modelprocedure met kleinste-kwadratengemiddelde effecten. Er werden meerdere bereiktests toegepast om te bepalen welke gemiddelden significant verschillend waren (

) volgens Fisher's minst significante verschillen (LSD). Statistische analyse werd uitgevoerd met behulp van SYSTAT-software (SYSTAT, Inc., Evanston, IL, VS).

3. Resultaten en discussie

3.1. Thermische kenmerken van SPI bepaald door DSC

DSC kan structurele en conformationele veranderingen van eiwitten onthullen. Bovendien kunnen de denaturatietemperaturen ( , piek van de denaturatiecurve) en ΔH (enthalpie van de denaturatie) uit de thermogrammen worden bepaald. Denaturatietemperaturen geven de thermostabiliteit van eiwitten aan, terwijl ΔH een indicatie is van hydrofobe/hydrofiele interacties en eiwitcompactheid [23, 24]. De denaturatie van de twee belangrijkste bolvormige eiwitten in SPI, β-conglycinine en glycinine zijn in verband gebracht met twee verschillende thermische overgangspieken, variërend van respectievelijk 68 tot 75°C en 85 tot 93°C. In deze studie was de denaturatietemperatuur van onverwarmde SPI, zoals gemeten door DSC, voor 7S en 11S consistent met eerder gepubliceerd werk [24, 25]. De eerste piek werd waargenomen bij 74,2°C en de tweede bij 93,7°C, toe te schrijven aan β-conglycinine en glycininedenaturatie, respectievelijk. De enthalpie van denaturatie lijkt opmerkelijk te variëren van laboratorium tot laboratorium. Hua et al. [2] meldde dat de enthalpie van denaturatie van β-conglycinine en glycinine waren respectievelijk 1,4 J/g en 5,3 J/g, terwijl Tang et al. [26] rapporteerde een waarde van 7,2 J/g voor glycinine.

In deze studie bracht variatie in eiwitconcentratie slechts een kleine verandering in de endotherme piek en ΔH bij alle verwarmde temperaturen en gedetecteerde tijd (gedeeltelijk vermeld in tabel 1). In deze studie waren er na een thermische behandeling van 70°C geen opmerkelijke veranderingen in de endotherme piek en ΔH. Zoals getoond in Tabel 1, na thermische behandeling bij 80°C gedurende 15 min, de endotherme piek van β-conglycinine verdween, wat wijst op volledige denaturatie van de β-conglycinine component. De ΔH van de glycininecomponent daalde licht met

12% na deze thermische behandeling, en de temperatuur werd verhoogd van 93,7 tot 95,3–95,6°C. Alles bij elkaar genomen suggereren deze resultaten dat hoewel deze behandeling veel lager was dan die van glycinine (93,7 °C), de eiwitconformatie ervan gedeeltelijk werd aangetast onder thermische behandeling bij 80 °C, hydrofobe kernen aanvankelijk begraven in het inwendige blootgesteld [25] ], en vervolgens worden de gedeeltelijk gedissocieerde glycininecomponenten opnieuw gevouwen om stabielere aggregaten te vormen met een hogere [26]. Er kan dus worden afgeleid dat er twee soorten aggregaten zijn in voorverwarmde (80°C gedurende 15 min) SPI, voornamelijk gevormd uit volledig gedenatureerd β-conglycinine (onoplosbaar) en een paar gevormd uit gedeeltelijk gedenatureerd glycinine (oplosbaar) [26]. Daarentegen zijn zowel glycinine als β-conglycinine werden volledig gedenatureerd na een thermische behandeling bij een temperatuur van 90°C, wat dichter bij die van glycinine ligt. In dit geval leken de aggregaten gelijktijdig te zijn samengesteld uit volledig gedenatureerd glycinine en β-conglycinine.

3.2. Oppervlakte hydrofobiciteit

Oppervlaktehydrofobiciteit is een van de belangrijkste oppervlaktegerelateerde eigenschappen in eiwitten. Deze eigenschap zorgt voor de detectie van veranderingen in de verdeling van hydrofobe groepen aan het oppervlak, die worden veroorzaakt door veranderingen in de moleculaire structuur van SPI bij denaturatie. Het is bekend dat de denaturatie van SPI de hydrofobe groepen blootlegt, waardoor de hydrofobiciteit van het oppervlak toeneemt. De andere factoren die een toename van de hydrofobiciteit van het oppervlak kunnen veroorzaken, zijn onder meer dissociatie van eiwitsubeenheden of expansie van peptideketens [27]. De vorming van onoplosbare of oplosbare aggregaten kan echter een afname van de hydrofobiciteit van het oppervlak veroorzaken.

Petruccelli en Añón [28] rapporteerden dat behandelingsomstandigheden, waaronder temperatuur, tijd en eiwitconcentratie, de hydrofobiciteit van het eiwitoppervlak beïnvloedden. In onze studie, zoals weergegeven in figuur 1, vertoonde warmtebehandeling een opmerkelijke invloed op de hydrofobiciteit van het oppervlak van SPI. Warmtebehandeling bij 80°C of 90°C met een eiwitconcentratie van 2% gedurende perioden korter dan 45 min verhoogde de oppervlaktehydrofobiciteit van SPI. De verhoogde hydrofobiciteit van het oppervlak hield voornamelijk verband met denaturatie van β-conglycinine. Daarentegen veroorzaakten langere behandelingsperioden een afname van de hydrofobiciteit van het oppervlak. Ook was de oppervlaktehydrofobiciteit van SPI verwarmd tot 70°C hoger dan die bij 80°C of bij 90°C gedurende dezelfde behandelingstijd. Verwarming op 70°C had in het algemeen invloed op de structuur van glycinine en β-conglycinine en convolueert gedeeltelijke verstoring van secundaire en tertiaire structuur van SPI, afwikkelen van polypeptideketens en blootstelling van sulfhydrylgroepen en hydrofobe plaatsen, maar geen bepaalde hoeveelheid aggregaat gevormd, wat leidt tot een hogere hydrofobiciteit van het oppervlak. De maximale oppervlaktehydrofobiciteit trad op bij een behandelingstemperatuur van 70°C gedurende 60 minuten.


(een)
(B)
(een)
(B) De invloed van warmtebehandeling op de oppervlaktehydrofobiciteit van SPI. Eiwitconcentratie bij (a) 2% (w/v) en (b) 5% (w/v).

Oppervlaktehydrofobiciteit van SPI verwarmd tot 80°C of 90°C met 5% eiwitconcentratie nam lineair toe tot een behandelingstijd van 30 min. Na deze periode bereikte de oppervlaktehydrofobiciteit van SPI verwarmd tot 90 °C een plateau dat niet veranderde gedurende langere behandelingsperioden, en dit fenomeen kan als volgt worden verklaard: (1) door warmte ontvouwde en losgekoppelde subeenheden die het eiwitmolecuul vormen, veroorzaken blootstelling van hydrofobe domeinen die eerder in het binnenste van de subeenheden waren begraven. Die blootstelling van hydrofobe plaatsen aan het oppervlak van het eiwit verhoogde de hydrofobiciteit van het oppervlak. (2) Omdat sommige zure subeenheden van 11S-globuline alleen aan zijn B-polypeptide-tegenhanger zijn gekoppeld door niet-covalente interacties, die door warmtebehandeling zouden kunnen breken om oplosbaar aggregaat te vormen [29]. Ondertussen coaguleerden basale subeenheidpeptiden via hydrofobe interacties om onoplosbare aggregaten te vormen. De vorming van aggregaten gevormd door zuur polypeptide en basisch polypeptide van 11S-globuline remde de verhoging van de hydrofobiciteit van het oppervlak. (3) Onoplosbare aggregaten gevormd door basispolypeptide van 11S-globuline en de β-subeenheden van het 7S-globuline remmen de verhoging van de hydrofobiciteit van het oppervlak [30] Petruccelli en Añón [28] wezen erop dat die β-7S/B-11S-aggregaten werden aanvankelijk gestabiliseerd door hydrofobe interacties en later door SS-bindingen. Bovendien bevorderden langere verwarmingstijden de vorming van aggregatie-dissociatie van AB-11S-aggregaten β-7S/B-11S onoplosbare aggregaten, dit kan de verhoging van de hydrofobiciteit van het oppervlak remmen [28].

Bovendien veranderde de hydrofobe interactie van SPI verwarmd tot 80 ° C ook niet voor langere verwarmingstijden, wat voornamelijk kan worden toegeschreven aan de vorming van α en α′-7S-aggregaten, als verhittings-SPI bij 80°C volledig gedenatureerd 7S-globuline en gedeeltelijk gedenatureerd 11S-globuline. Sorgini et al. [29] rapporteerde dat de oppervlaktehydrofobiciteit van SPI toenam in oplosbare fracties, terwijl hydrofobe interacties geen belangrijke rol speelden bij de aggregatie van eiwitten die aanwezig zijn in de onoplosbare fracties.

Verwarming kan associatie / dissociatie van subeenheden en verstoring van de quaternaire structuur veroorzaken, resulterend in aggregatie, dus de afname van de oppervlaktehydrofobiciteit van SPI met 2% eiwitconcentratie na langere warmtebehandelingen is waarschijnlijk gerelateerd aan de vorming van oplosbare en onoplosbare aggregaten van subeenheden [6 , 31]. Vergelijkbare resultaten werden eerder gerapporteerd, waarbij het basispolypeptide van 11S bij voorkeur een interactie aanging met de β subeenheden van 7S, wat resulteert in de precipitatie van aggregaten [30, 31]. Ook de α en α′-subeenheden en de zure polypeptiden wisselden via disulfidebindingen in wisselwerking om oplosbare aggregaten te vormen. In onze studie bevordert een hoge oppervlaktehydrofobiciteit hydrofobe interacties in de initiële warmtebehandelingsfase, terwijl hydrofobe interacties, waterstofbruggen en disulfidebindingen allemaal een belangrijke rol bleken te spelen bij de vorming van aggregaten. SPI met een hogere (5%) eiwitconcentratie vertoonde een relatief stabielere oppervlaktehydrofobiciteit dan die met een 2% eiwitconcentratie na langere warmtebehandelingsperioden. Li et al. [6] meldden dat hun warmtebehandelde monsters waren samengesteld uit drie hoofdfracties: aggregaten, tussenfracties en niet-geaggregeerde moleculen. Het relatieve aandeel van de aggregaatfractie nam toe naarmate de eiwitconcentratie toenam. In deze studie kan een hoger relatief aandeel van de aggregaatfractie en de balans van de drie belangrijkste fracties bij een eiwitconcentratie van 5% hebben bijgedragen aan onze bevindingen.

De toename van de hydrofobiciteit van het oppervlak bij 80°C gedurende 15 minuten hield verband met denaturatie van 7S-globuline. Interessant genoeg veroorzaakte denaturatie van 11S-globuline bij 90 °C gedurende 45 minuten een toename van de oppervlaktehydrofobiciteit van SPI met een eiwitconcentratie van 2%, maar een verandering werd niet waargenomen bij een eiwitconcentratie van 5%. Bovendien was de sterke toename van de oppervlaktehydrofobiciteit na behandeling van 90 °C gedurende 30 minuten gerelateerd aan de denaturatie van 7S-globuline. De interactie tussen het basispolypeptide van het 11S-globuline en de β-subeenheden van het 7S-globuline remmen de verhoging van de oppervlaktehydrofobiciteit [28].

3.3. Toewijzingen van de Amide I-bandcomponenten aan verschillende secundaire structuurelementen

Figuur 2 toont FT-IR-spectra van SPI met verschillende warmtebehandelde tijden, terwijl de amide I-band is gemarkeerd in figuur 2. De amide I-modus is voornamelijk afkomstig van de C=O-rektrilling van de polypeptide-ruggengraat [32]. De belangrijkste factoren die verantwoordelijk zijn voor de conformationele specificiteit van de amide I-band zijn de gevoeligheid voor waterstofbinding en de karakteristieke koppeling tussen overgangsdipolen, waarbij de laatste leidt tot karakteristieke splitsingseffecten. De grootte van deze splitsing hangt af van de oriëntatie en afstand van interagerende dipolen en geeft dus informatie over de geometrische rangschikking van peptidegroepen in een polypeptideketen [33].


(een)
(B)
(C)
(NS)
(e)
(F)
(een)
(B)
(C)
(NS)
(e)
(F) FT-IR-spectra van SPI met verschillende warmtebehandelingstijden: (a) 70°C, 2% (b) 70°C, 5% (c) 80°C, 2% (d) 80°C, 5% ( e) 90°C, 2% (f) 90°C, 5%.

De kwantitatieve analyse van secundaire structurele componenten van eiwitten kan worden verkregen door verschillende experimentele methoden. Analyse van de tweede afgeleide van de IR-SD bleek eerder betrouwbare kwantitatieve informatie te verschaffen [34]. De gebieden van toegewezen amide I-banden in de tweede afgeleide spectra komen lineair overeen met de hoeveelheid van de verschillende typen secundaire structuren die in het eiwit aanwezig zijn. In deze studie werd, voorafgaand aan de analyse van de tweede afgeleide, een basislijnaanpassing uitgevoerd om de bandgebieden van de tweede afgeleide spectra in amide I nauwkeurig te meten en verder onderzoek van Fourier-zelfdeconvolutie (FSD), die het aantal, de positie aanzienlijk kan beïnvloeden. en intensiteit van de banden opgelost door een Gauss-curve-fit (GCF) [35, 36]. De GCF werd aangepast om de beste kleinste-kwadratenpassing van de individuele banden te geven aan elk gedeconvolueerd spectrum, gevolgd door een tweede afgeleide analyse [36]. In deze analyse hebben we FSD, tweede afgeleide en GCF gecombineerd om de tweede afgeleide van de spectra kwantitatief te analyseren (Figuur 3). Onze tweede afgeleide bandposities volgden met eerdere gegevens uit de literatuur [37] die een sterke band rapporteerden voor α-helix met een frequentie rond 1650-1660 cm −1 . We hebben ook verschillende banden verkregen die overeenkomen met β-blad in het frequentiegebied van 1618–1640 cm −1 en 1670–1690 cm −1 [38]. Een reeks banden die overeenkomen met: β-draai verscheen in het bereik van 1660–1670 en 1690–1700 cm −1 [37, 38]. De structuur van de willekeurige spoel had een sterke band van bijna 1645 cm −1 [37]. De percentages van α-helix, β-blad, ongeordend en β-turn structuren in SPI worden getoond in figuur 4.


Deconvolutie van de amide I-spectra (continue curve), de GCF-banden daarvan (puntlijn) en de tweede afgeleide spectra van SPI.

(een)
(B)
(C)
(NS)
(e)
(F)
(een)
(B)
(C)
(NS)
(e)
(F) Effecten van de warmtebehandeling op de secundaire structuren van SPI (niet-verwarmd SPI-monster beschouwt als 0). (a) SPI verwarmd tot 70°C met een 2% eiwitconcentratie (b) SPI verwarmd tot 70°C met een 5% eiwitconcentratie (c) SPI verwarmd tot 80°C met een 2% eiwitconcentratie (d) SPI verwarmd bij 80°C met een 5% eiwitconcentratie (e) SPI verwarmd tot 90°C met een 2% eiwitconcentratie (f) SPI verwarmd tot 90°C met een 5% eiwitconcentratie.

In deze studie is de overheersende secundaire structuur van verwarmde SPI: β-blad, dat gegevens bevestigt die eerder in andere onderzoeken zijn gerapporteerd [39, 40]. Het relatieve gehalte aan secundaire structuurelementen varieerde met de verschillende warmtebehandelingen. Warmtebehandelingen veroorzaakten een toename van de α-helix structuur inhoud en verminderde de β- inhoud van de bladstructuur vergeleken met onbehandeld SPI-monster. De secundaire structurele veranderingen van het eiwit waargenomen bij verwarming (afname van β-bladstructuur) komen overeen met de literatuur [41].

tevens de β-bladinhoud afgenomen, en α-helix en β-turn-structuur nam in het algemeen toe, terwijl het gehalte aan ongeordende structuur kleine verschillen vertoonde bij verhitting op 70°C met een eiwitconcentratie van 2% gedurende 45 minuten. Het suggereerde dat warmte een zelfhermontage veroorzaakte van β-blad naar α-helix en β-turn structuur, als β-bladstructuur werd altijd gevonden in het binnenste van het gevouwen molecuul, en gedeeltelijk verlies van β-bladstructuur duidde op blootstelling van hydrofobe plaatsen van het eiwit die een toename van de hydrofobiciteit van het oppervlak kunnen veroorzaken.

Zoals getoond in figuur 4(b), was het totale gehalte aan secundaire structuurelementen na warmtebehandeling met 5% eiwitconcentratie vergelijkbaar met dat van niet-verwarmd SPI-monster, wat aangeeft dat SPI verwarmd tot 70 ° C met 5% eiwitconcentratie gedeeltelijk zijn oorspronkelijke blijft. structuur, maar SPI verwarmd tot 70°C met 5% eiwitconcentratie had geen continue trend in vergelijking met die van 2% eiwitconcentratie.

Uit de resultaten getoond in DSC-experimenten, denatureerde 7S-globuline na 15 minuten verwarmen op 80°C. De denaturatie van 7S-globuline nam toe α-helixstructuur en verminderde de β-bladstructuur (zoals getoond in figuren 4(c) en 4(d)). Het ongeordende structuurgehalte van SPI behandeld met een 5% eiwitconcentratie nam toe en bleef constant met een 2% eiwitconcentratie in vergelijking met onverwarmde SPI.

Zoals weergegeven in figuren 4(c) en 4(d), is de α-helix en β- de inhoud van de draaistructuur nam toe en vervolgens af, terwijl de β- de inhoud van de plaatstructuur nam af en nam vervolgens toe na warmtebehandeling bij 80°C, ongeacht de beschouwde concentratie. Het kan worden toegeschreven aan de denaturatie van β-conglycinine en geleidelijk gevormd aggregatie. De denaturatie van 7S-globuline gedurende een warmtebehandeling van 15 minuten bij 80°C nam toe α-helixstructuur maar gereduceerd β-blad structuur. De verhoogde antiparallel βEr is gemeld dat de bladstructuur van soja-eiwitverwarming bij een langere periode geassocieerd is met aggregaat gevormd door α' en α-7S-subeenheden [28]. Lee et al. [42] meldde dat de betrokkenheid van β-sheets in de secundaire structuur van eiwitaggregaten kunnen worden toegeschreven aan de relatief grote oppervlakten voor geordende waterstofbinding. Bovendien is de zwakkere waterhydratatiesterkte van β-blad, in vergelijking met α-helische structuren, kunnen een rol spelen bij de aggregaat- en netwerkvorming. Dit komt door de verschillende geometrie van de water-carbonylgroepinteracties in deze conformaties [43]. Bovendien nam in deze studie de warmtebehandeling bij 80 ° C in het algemeen toe β-draaistructuur die een product kan zijn van het ontvouwen van structuren van een hogere orde, waar antiparallel β-strengen kunnen worden gevormd als intermoleculaire β-vellen in de interfase van sommige geaggregeerde moleculen van het eiwit [33]. Het verwarmen van SPI met een hogere eiwitconcentratie bij 80°C verhoogde het gehalte aan ongeordende structuur enigszins, terwijl het afnam bij een lagere eiwitconcentratie. Enkele mogelijke redenen kunnen deze resultaten verklaren: een hogere eiwitconcentratie belemmerde de werkzaamheid van de warmtebehandeling, kan meer aggregaten vormen en de balans van de oorspronkelijke consistente of aggregaatfractie veranderen, en vervolgens het gehalte aan secundaire structuurelementen verstoren.

Zoals getoond in Figuren 4(e) en 4(f), verwarm SPI op 90°C met een 2% eiwitconcentratie verhoogd percentage van α-helixstructuur en afgenomen β-blad structuur. Naarmate de behandelingsduur toenam, nam het percentage α-helix structuur en β-bladstructuur nam toe en nam vervolgens af, terwijl de inhoud van ongeordende structuur een tegenovergestelde trend vertoonde. Daarnaast is een transformatie van α-helix structuur en β-bladstructuur naar β-turn-structuur werd waargenomen na 60 minuten, toen zowel 7S-globuline als 11S-globuline volledig waren gedenatureerd. Hieruit kan worden afgeleid dat β- draaistructuur speelt een belangrijke rol in nieuw gevormd aggregaat, β-conglobuline/B-globuline zoals gerapporteerd door Petruccelli en Añón [28]. De grotere toename van β-turn-structuur bij 5% eiwitconcentratie kan verband houden met het intermediaire aggregaat van AB-globuline-subeenheid versterkt door toenemende eiwitconcentratie [28]. Het secundaire structuurgehalte van SPI-warmtebehandeld bij hogere concentraties had een vergelijkbaar variatiepatroon voor alle warmtebehandelingstijden. Alles bij elkaar genomen, verhoogde de denaturatie van 11S-globuline na 45 minuten het gehalte aan ongeordende structuur en verminderde β-structuurelementen, ongeacht de eiwitconcentratie. Verwarming gedenatureerd 11S-globuline met een eiwitconcentratie van 5% verhoogd

4% in percentage van α-helixstructuur, terwijl er geen duidelijke toename werd waargenomen bij een eiwitconcentratie van 2%.

3.4. Relatie tussen oppervlaktehydrofobiciteit en secundaire structuur

Kato en Nakai [22] bepaalden de hydrofobiciteit van het oppervlak van natieve eiwitten, gedenatureerde eiwitten en aan oppervlakteactieve stoffen gebonden eiwitten door middel van de hydrofobe partitiemethode en vonden dat de hydrofobiciteit van het oppervlak van het eiwit negatief gecorreleerd was met de α-helische inhoud. Maar in deze studie toonde de correlatieanalyse aan dat er een significante negatieve correlatie was tussen de inhoud van de β-plaatstructuur en hydrofobiciteit van het oppervlak

. De hydrofobiciteit van het oppervlak vertoonde echter een significant positieve correlatie met de β-turn structuur van SPI verwarmd op 70°C met 2% eiwitconcentratie (

). Hoewel er geen significante correlatie werd gevonden in een eiwitconcentratie van 5%, is een transformatie van β-blad naar beide α-helix en β-turn vond plaats in SPI-warmtebehandeld gedurende 30 min en 60 min, wat leidde tot een verhoogde hydrofobiciteit van het oppervlak, wat suggereert dat de transformatie naar geordende structuurelementen (zoals α-helix en β-plaatstructuren) kan een belangrijke factor zijn die de hydrofobiciteit van het oppervlak beïnvloedt. Het gehalte aan secundaire structuur na warmtebehandeling gedurende 60 minuten met een eiwitconcentratie van 5% was echter vergelijkbaar met dat van een eiwitconcentratie van 2%.

Een vergelijkbare significante negatieve correlatie tussen β-sheetstructuur en oppervlaktehydrofobiciteit werd gevonden in 80°C verwarmde SPI met 2% eiwitconcentratie ( ) en 5% eiwitconcentratie (

). Ondertussen is er een significante positieve correlatie tussen de hydrofobiciteit van het oppervlak en de hoeveelheid α-helixstructuur werd gevonden in warmtebehandelingen met een eiwitconcentratie van 5%. Er werd geen significante correlatie gevonden tussen de hydrofobiciteit van het oppervlak en de secundaire structuur van SPI na warmtebehandelingen bij 90°C.

Onze resultaten geven aan dat de hydrofobiciteit van het oppervlak hoogstwaarschijnlijk gerelateerd was aan de β-bladstructuur van warmtebehandelde SPI, met een inverse correlatie. Een redelijke verklaring voor dit fenomeen is dat de β-sheetstructuur is een secundaire structuur die is verbonden via intermoleculaire of intramoleculaire waterstofbruggen, wat het behoud van de hydrofobe aminozuren in de interne structuur vergemakkelijkt. Na de warmtebehandeling werd de interne structuur van SPI gedeeltelijk verstoord, waardoor de hydrofobe aminozuren die in de interne structuur werden behouden, werden blootgesteld. Dit leidde tot de waargenomen veranderingen in de hydrofobiciteit van het oppervlak. Bovendien, vanwege relatief grote oppervlakken voor geordende waterstofbinding, β-sheetstructuur kan een rol spelen bij de vorming van aggregaat, beïnvloed door hydrofobe interactie die essentieel zijn voor de stabiliteit, conformatie en functie van eiwitten [44]. Lee et al. [42] meldde ook de betrokkenheid van β-sheets in de secundaire structuur zouden een rol spelen bij de aggregaat- en netwerkvorming. Terwijl oppervlaktehydrofobiciteit de eiwit-eiwitinteracties beïnvloedt en dan werkt als een indicator van hydrofobe interactie. Bovendien kunnen zowel de structuur die wordt verstoord door denaturatie als de associatie van subeenheden, gevolgd door de vorming van aggregaat, de hydrofobiciteitsinteractie en het gehalte aan β-sheet heeft vervolgens invloed op de hydrofobiciteit van het oppervlak. Dus veranderingen in de inhoud van β-plaatstructuur goed getraceerd met variatie op hydrofobiciteit van het oppervlak.

Er werd geen significante correlatie gevonden bij 90°C vanwege de denaturatie van 11S-globuline, maar er werd een significante correlatie bij 80°C waargenomen bij de denaturatietemperatuur van 7S-globuline. De vorming van aggregaten is een redelijke verklaring voor dit fenomeen omdat naarmate de tijd vorderde, verhitting van SPI bij 90 ° C hun quaternaire structuur dissocieerde, zowel 7S- als 11S-globuline denatureerde en ook de vorming van verschillende aggregaten bevorderde, zoals hierboven besproken, vorming van β-7S/AB-11S-aggregaat gevolgd door denaturatie van 11S-globuline, voornamelijk veranderd β-turn structuur, terwijl de vorming van α, α′-7S-aggregaat gevolgd door denaturatie van 7S-globuline gerelateerd aan β-blad structuur.

4. Conclusies

Onze resultaten toonden aan dat denaturatie door warmte een toename van de hydrofobiciteit van het oppervlak induceerde en dat de hydrofobiciteit van het oppervlak afnam met aggregaatvorming. De toegepaste warmtebehandeling verhoogde de α-helix structuur inhoud en verminderde de β- inhoud van de bladstructuur vergeleken met niet-verwarmde SPI. De inhoud van de secundaire structuur varieerde met de tijd en temperatuur en met de concentratie van SPI. Deze variatie was hoogstwaarschijnlijk te wijten aan de denaturatie van 7S- en 11S-globulinen en de vorming van aggregaten. De inhoud van β-plaatstructuur vertoonde een significante omgekeerde correlatie met de hydrofobiciteit van het oppervlak wanneer de temperatuur die bij de warmtebehandeling werd gebruikt lager was dan 90°C.

Belangenverstrengeling

De auteurs verklaren dat er geen belangenconflict is met betrekking tot de publicatie van dit artikel.

Dankbetuigingen

De auteurs willen graag de Natural Science Foundation of China (projectnr. 31071493) bedanken, het ministerie van landbouw van moderne technologiesysteemprojecten de soja-industrie (onderzoekssubsidienummer: nycytx-004), het National Research Center of Soybean Engineering and Technology en de Northeast Agricultural University voor de financiering van dit werk.

Referenties

  1. E.A. Foegeding en J.P. Davis, "Voedselproteïnefunctionaliteit: een alomvattende benadering", Voedsel Hydrocolloïden, vol. 25, nee. 8, pp. 1853-1864, 2011. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  2. Y. F. Hua, S.W. Cui, Q. Wang, Y. Mine en V. Poysa, "Door warmte geïnduceerde geleereigenschappen van soja-eiwitisolaten bereid uit verschillende ontvette sojameelsoorten," Internationaal Voedselonderzoek, vol. 38, nee. 4, pp. 377-385, 2005. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  3. S. Utsumi en J.E. Kinsella, "Krachten betrokken bij soja-eiwitgelering: effecten van verschillende reagentia op de vorming, hardheid en oplosbaarheid van door warmte geïnduceerde gels gemaakt van 7S, 11S en soja-isolaat", Tijdschrift voor voedingswetenschap, vol. 50, nee. 5, blz. 1278-1282, 2006. Bekijken op: Google Scholar
  4. N. Diftis en V. Kiosseoglou, "Stabiliteit tegen door hitte veroorzaakte aggregatie van emulsies bereid met een droog verwarmd soja-eiwitisolaat-dextranmengsel," Voedsel Hydrocolloïden, vol. 20, nee. 6, blz. 787–792, 2006. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  5. G. Denavi, D.R. Tapia-Blóxe1cido, M.C. Añón, P.J.A. Sobral, A.N. Mauri en F.C. Menegalli, "Effecten van droogomstandigheden op sommige fysische eigenschappen van soja-eiwitfilms," Journal of Food Engineering, vol. 90, nee. 3, pp. 341-349, 2009. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  6. X. Li, Y. Li, Y. Hua, A. Qiu, C. Yang en S. Cui, "Effect van concentratie, ionsterkte en vriesdrogen op de door warmte geïnduceerde aggregatie van soja-eiwitten," Voedsel scheikunde, vol. 104, nee. 4, pp. 1410-1417, 2007. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  7. M. C. Puppo en M. C. Añón, "Soja-eiwitdispersies bij zure pH. Thermische en reologische eigenschappen,” Tijdschrift voor voedingswetenschap, vol. 64, nee. 1, blz. 50-56, 1999. Bekijk op: Google Scholar
  8. J. M. S. Renkema, C. M. M. Lakemond, H. H. J. de Jongh, H. Gruppen en T. van Vliet, "Het effect van pH op warmtedenaturatie en gelvormende eigenschappen van soja-eiwitten," Tijdschrift voor Biotechnologie, vol. 79, nee. 3, pp. 223-230, 2000. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  9. M. Tezuka, K. Yagasaki en T. Ono, "Veranderingen in karakters van soja-glycininegroepen I, IIa en IIb veroorzaakt door verwarming," Journal of Agricultural and Food Chemistry, vol. 52, nee. 6, blz. 1693-1699, 2004. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  10. S. Utsumi, S. Damodaran en J.E. Kinsella, "Door warmte geïnduceerde interacties tussen soja-eiwitten: preferentiële associatie van 11S-basissubeenheden en β subeenheden van 7S,” Journal of Agricultural and Food Chemistry, vol. 32, nee. 6, blz. 1406-1412, 1984. Bekijk op: Google Scholar
  11. C. V. Morr, "Huidige status van soja-eiwitfunctionaliteit in voedselsystemen", Journal of the American Oil Chemists'x27 Society, vol. 67, nee. 5, pp. 265-271, 1990. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  12. K. K. Agyare, K. Addo en Y. L. Xiong, "Emulgerende en schuimvormende eigenschappen van met transglutaminase behandeld tarweglutenhydrolysaat zoals beïnvloed door pH, temperatuur en zout," Voedsel Hydrocolloïden, vol. 23, nee. 1, blz. 72-81, 2009. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  13. J.R. Wagner, D.A. Sorgentini en M.C. Anon, "Relatie tussen oplosbaarheid en oppervlaktehydrofobiciteit als een indicator van modificaties tijdens bereidingsprocessen van commerciële en laboratoriumbereide soja-eiwitisolaten," Journal of Agricultural and Food Chemistry, vol. 48, nee. 8, blz. 3159-3165, 2000. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  14. N. S. Hettiarachchy, U. Kalapathy en D. J. Myers, "Alkali-gemodificeerd soja-eiwit met verbeterde hechtende en hydrofobe eigenschappen," JAOCS, Journal of the American Oil Chemists'x27 Society, vol. 72, nee. 12, blz. 1461-1464, 1995. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  15. Y. Jiang, C.-H. Tang, Q.-B. Wen, L. Li en X.-Q. Yang, "Effect van verwerkingsparameters op de eigenschappen van met transglutaminase behandelde soja-eiwitisolaatfilms," Innovatieve voedingswetenschap en opkomende technologieën, vol. 8, nee. 2, pp. 218-225, 2007. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  16. J.-M. Wang, N. Xia, X.-Q. Yang et al., "Adsorptie en dilatatiereologie van warmtebehandeld soja-eiwit op het olie-watergrensvlak: verband met structurele eigenschappen", Journal of Agricultural and Food Chemistry, vol. 60, nee. 12, pp. 3302-3310, 2012. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  17. M. Aider, D. Djenane en W. B. Ounis, "Aminozuursamenstelling, schuimvormende, emulgerende eigenschappen en oppervlaktehydrofobiciteit van mosterdeiwitisolaat zoals beïnvloed door pH en NaCl," International Journal of Food Science and Technology, vol. 47, nee. 5, pp. 1028-1036, 2012. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  18. H. Hu, J.H. Wu, C.Y.E. Li-Chan et al., "Effecten van ultrageluid op structurele en fysische eigenschappen van sojaproteïne-isolaat (SPI) dispersies," Voedsel Hydrocolloïden, vol. 30, blz. 647-655, 2012. Bekijken op: Google Scholar
  19. L. Shen en C.-H. Tang, "Microfluïdisatie als een mogelijke techniek om de oppervlakte-eigenschappen van soja-eiwitisolaat te wijzigen," Internationaal Voedselonderzoek, vol. 48, nee. 1, pp. 108–118, 2012. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  20. G. G. Tartaglia, A. Cavalli, R. Pellarin en A. Caflisch, "De rol van aromaticiteit, blootgesteld oppervlak en dipoolmoment bij het bepalen van de eiwitaggregatiesnelheden", Eiwitwetenschap, vol. 13, nee. 7, blz. 1939-1941, 2004. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  21. O. H. Lowry, N.J. Rosebrough, A.L. Farr en R.J. Randall, "Eiwitmeting met de Folin-Fenol-reagentia," The Journal of Biological Chemistry, vol. 193, blz. 265-275, 1951. Bekijken op: Google Scholar
  22. A. Kato en S. Nakai, "Hydrofobiciteit bepaald door een fluorescentieprobe-methode en de correlatie met oppervlakte-eigenschappen van eiwitten," Biochimica en biophysica acta, vol. 624, nee. 1, blz. 13-20, 1980. Bekijk op: Google Scholar
  23. C. Y. Ma en V. R. Harwelkar, "Thermische analyse van voedingseiwitten," Journal of Food and Nutrition Research, vol. 35, blz. 317-366, 1991. Bekijk op: Google Scholar
  24. E.L. Arrese, D.A. Sorgentini, J.R. Wagner en M.C.Añón, "Elektroforetische, oplosbaarheid en functionele eigenschappen van commerciële soja-eiwitisolaten," Journal of Agricultural and Food Chemistry, vol. 39, nee. 6, blz. 1029-1032, 1991. Bekijk op: Google Scholar
  25. C. M. M. Lakemond, H. H. J. de Jongh, M. Hessing, H. Gruppen en A. G. J. Voragen, "Hittedenaturatie van soja-glycinine: invloed van pH en ionsterkte op moleculaire structuur," Journal of Agricultural and Food Chemistry, vol. 48, nee. 6, blz. 1991-1995, 2000. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  26. C. H. Tang, S. M. Choi en C. Y. Ma, "Onderzoek van thermische eigenschappen en door warmte geïnduceerde denaturatie en aggregatie van soja-eiwitten door gemoduleerde differentiële scanningcalorimetrie," International Journal of Biological Macromolecules, vol. 40, nee. 2, pp. 96-104, 2007. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  27. A. Laligant, E. Dumay, C.C. Valencia, J.-L. Cuq, en J.-C. Cheftel, "Oppervlakte hydrofobiciteit en aggregatie van β-lactoglobuline verwarmd tot bijna neutrale pH,” Journal of Agricultural and Food Chemistry, vol. 39, nee. 12, blz. 2147-2155, 1991. Bekijk op: Google Scholar
  28. S. Petruccelli en M. C. Añón, "Thermische aggregatie van soja-eiwitisolaten," Journal of Agricultural and Food Chemistry, vol. 43, nee. 12, blz. 3035-3041, 1995. Bekijken op: Google Scholar
  29. D.A. Sorgentini, J.R. Wagner en M.C.Añón, "Effecten van thermische behandeling van soja-eiwitisolaat op de kenmerken en structuur-functierelatie van oplosbare en onoplosbare fracties," Journal of Agricultural and Food Chemistry, vol. 43, nee. 9, blz. 2471-2479, 1995. Bekijk op: Google Scholar
  30. T. Yamagishi, A. Miyakawa, N. Noda en F. Yamauchi, "Isolatie- en elektroforese-analyse van door warmte geïnduceerde producten van gemengde 7S- en 11S-globulinen van sojabonen," Agrarische en biologische chemie, vol. 47, blz. 1229-1237, 1983. Bekijk op: Google Scholar
  31. H.-G. Zheng, X.-Q. Yang, C.-H. Tang, L. Li en I. Ahmad, "Bereiding van oplosbare soja-eiwitaggregaten (SSPA) uit onoplosbare soja-eiwitconcentraten (SPC) en de functionele eigenschappen ervan," Internationaal Voedselonderzoek, vol. 41, nee. 2, pp. 154-164, 2008. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  32. A. Barth, "Infraroodspectroscopie van eiwitten", Biochimica en Biophysica Acta's2014Bio-energetica, vol. 1767, nr. 9, pp. 1073–1101, 2007. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  33. D. M. Byler, J. N. Brouillette en H. Susi, "Kwantitatieve studies van de eiwitstructuur door FT-IR spectrale deconvolutie en curve-aanpassing", spectroscopie, vol. 1, blz. 29-32, 1986. Bekijk op: Google Scholar
  34. A. Mauerer en G. Lee, "Veranderingen in de amide I FT-IR-banden van poly-L-lysine bij sproeidrogen van α-helix, β-sheet of willekeurige spoel conformaties,” European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, vol. 62, nee. 2, pp. 131-142, 2006. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  35. E. Goormaghtigh, V. Cabiaux en J.-M. Ruysschaert, "Secundaire structuur en dosering van oplosbare en membraaneiwitten door verzwakte totale reflectie Fourier-transform infraroodspectroscopie op gehydrateerde films," Europees tijdschrift voor biochemie, vol. 193, nee. 2, blz. 409-420, 1990. Bekijk op: Google Scholar
  36. A. Mauerer en G. Lee, "Veranderingen in de amide I FT-IR-banden van poly-L-lysine bij sproeidrogen van α-helix, β-sheet of willekeurige spoel conformaties,” European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, vol. 62, nee. 2, pp. 131-142, 2006. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  37. X. Y. Zhao, F. S. Chen, W. T. Xue en L. T. Lee, "FTIR-spectra-onderzoeken naar de secundaire structuren van 7S- en 11S-globulinen van soja-eiwitten met behulp van AOT omgekeerde micellaire extractie," Voedsel Hydrocolloïden, vol. 22, nee. 4, pp. 568-575, 2008. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  38. G. Meng en C.-Y. Ma, "Karakterisering van globuline van Phaseolus angularis (rode boon)," International Journal of Food Science and Technology, vol. 37, nee. 6, blz. 687-695, 2002. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  39. V. Rampon, P. Robert, N. Nicolas en E. Dufour, "Eiwitstructuur en netwerkoriëntatie in eetbare films bereid door het spinproces", Tijdschrift voor voedingswetenschap, vol. 64, nee. 2, blz. 313-316, 1999. Bekijk op: Google Scholar
  40. Z.Yu, C.-Y. Ma, S.-N. Yuen en D.L. Phillips, "Raman spectroscopische bepaling van de mate van O-verestering in geacetyleerde soja-eiwitisolaten," Voedsel scheikunde, vol. 87, nee. 3, pp. 477–481, 2004. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  41. E. N. C. Mills, L. Huang, T. R. Noel, A. P. Gunning en V. J. Morris, "Vorming van thermisch geïnduceerde aggregaten van het sojaglobuline β-conglycinine,” Biochimica et Biophysica Acta's2014Eiwitstructuur en moleculaire enzymologie, vol. 1547, nr. 2, pp. 339-350, 2001. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  42. H.-J. Lee, C. Choi en S.-J. Lee, "Membraangebonden" α-synucleïne heeft een hoge neiging tot aggregatie en het vermogen om de aggregatie van de cytosolische vorm te zaaien, " Tijdschrift voor biologische chemie, vol. 277, nee. 1, blz. 671-678, 2002. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  43. T.M. Przybycien en J.E. Bailey, "Secundaire structuurverstoringen in door zout geïnduceerde eiwitprecipitaten", Biochimica et Biophysica Acta's2014Eiwitstructuur en moleculaire enzymologie, vol. 1076, nee. 1, blz. 103-111, 1991. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde
  44. C. Wu, H. Lei en Y. Duan, "Vorming van gedeeltelijk geordende oligomeren van amyloïdogeen hexapeptide (NFGAIL) in waterige oplossing waargenomen in moleculaire dynamische simulaties," Biofysisch tijdschrift, vol. 87, nee. 5, pp. 3000-3009, 2004. Bekijk op: Publisher Site | Google geleerde

Auteursrechten

Copyright © 2014 Zhongjiang Wang et al. Dit is een open access-artikel dat wordt gedistribueerd onder de Creative Commons Attribution-licentie, die onbeperkt gebruik, distributie en reproductie in elk medium toestaat, op voorwaarde dat het originele werk correct wordt geciteerd.


Hoe kan ik de hydrofobiciteit en/of oppervlaktelading van een eiwit evalueren? - Biologie

Protein-sol is een eenvoudige en gratis webgebaseerde suite van theoretische berekeningen en voorspellende algoritmen voor het begrijpen van de oplosbaarheid en stabiliteit van eiwitten. De software heeft momenteel 4 tools

    : Het voorspellen van de oplosbaarheid van eiwitten uit sequentie : Het berekenen van oppervlaktelading en hydrofobiciteit uit de structuur : Het voorspellen van de stabiliteit van de vouwtoestand van een eiwit uit de structuur : Het voorspellen van de biofysische eigenschappen van potentieel therapeutisch antilichaam

Protein-sol is gebouwd door de Warwicker-groep aan de Universiteit van Manchester, met belangrijke bijdragen van Max Hebditch, Sonia Nicolaou, Alejandro Carballo en Spyros Charonis, en gehost op een virtuele machine die wordt geleverd door de Computational Shared Facility van de Universiteit van Manchester.

Neem contact met ons op via [email protected] als u vragen, opmerkingen of verdere interesse heeft in het gebruik van de tool.

Onder vermelding van eiwit-sol

Hebditch M, Carballo-Amador MA, Charonis S, Curtis R, Warwicker J.
Protein-Sol: een webtool voor het voorspellen van de oplosbaarheid van eiwitten uit sequentie.
Bio-informatica (2017)

Sequentie-oplosbaarheidsvoorspellingssoftware

Om meerdere reeksen uit te voeren, is het voorspellende algoritme beschikbaar om te downloaden. Methoden voor de eiwit-sol-sequentiesoftware worden beschreven in het papier.

Voortbouwend op werk gepubliceerd in

Warwicker J, Charonis S, Curtis R.

Patches en heatmap-software

De patches en heatmap-software berekent en visualiseert de verdeling van lading en hydrofobiciteit over het eiwitoppervlak. Zie hier voor een voorbeeld van patches, en hier voor een voorbeeld van heatmaps.

Gegeven een eiwit-PDB-structuur berekent onze interne elektrostatische software, met behulp van eindige-difference Poisson-Boltzmann (FDPB)-methoden, de verdeling van de potentiaal over een oppervlak en kan de mate van hydrofobiciteit van de oppervlaktepatch berekenen door de verhouding van niet-polaire tot polair (NPP-verhouding) voor oplosmiddelen toegankelijk oppervlak (SASA) voor alle niet-waterstofatomen. De resulterende oppervlakte-eigenschappen worden toegevoegd aan het PDB-bestand in de B-factorkolom, die kan worden bekeken en gemanipuleerd op de Protein-sol-website rechtstreeks met behulp van de ingebouwde NGL-viewer, of lokaal in de geprefereerde visualisatiesoftware van de gebruiker.

Voor de mogelijke weergave kan het bijbehorende PDB-bestand worden gedownload en bekeken met ongeveer hetzelfde kleurenschema in PyMOL (The PyMOL Molecular Graphics System, versie 2.0 Schrödinger, LLC.) met behulp van de opdracht.


spectrum b, red_white_blue, minimum=-86, maximum=86

Voor de niet-polaire / polaire oppervlakteweergave kan het bijbehorende PDB-bestand worden gedownload en bekeken met een vergelijkbaar kleurenschema in PyMOL (The PyMOL Molecular Graphics System, versie 2.0 Schrödinger, LLC.) met behulp van de opdracht.


spectrum b, magenta_wit_groen, minimum=0,4, maximum=2,5

Methoden:

De methoden worden beschreven in ons artikel, voortbouwend op werk gepubliceerd in

De NGL-software wordt gebruikt onder de MIT-licentie, met code op volledig scherm die vanaf hier wordt aangepast

AS Rose, AR Bradley, Y Valasatava, JM Duarte, A Prlić en PW Rose.
Webgebaseerde moleculaire afbeeldingen voor grote complexen.
2016


Aanvullende bestanden

Aaneengesloten hydrofobe en geladen oppervlaktepleisters in korte helix-beperkte peptiden zorgen voor celpermeabiliteit

Als u niet de auteur bent van dit artikel en u wilt materiaal ervan reproduceren in een niet-RSC-publicatie van een derde partij, dan moet u formeel toestemming vragen via het Copyright Clearance Center. Ga naar onze pagina Instructies voor het gebruik van Copyright Clearance Center voor meer informatie.

Auteurs die bijdragen aan RSC-publicaties (tijdschriftartikelen, boeken of boekhoofdstukken) hoeven formeel geen toestemming te vragen om materiaal in dit artikel te reproduceren, mits de juiste bronvermelding wordt gegeven bij het gereproduceerde materiaal.

Gereproduceerd materiaal moet als volgt worden toegeschreven:

  • Voor reproductie van materiaal van NJC:
    Overgenomen van Ref. XX met toestemming van het Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en de Royal Society of Chemistry.
  • Voor reproductie van materiaal van PCCP:
    Overgenomen van Ref. XX met toestemming van de PCCP Owner Societies.
  • Voor reproductie van materiaal van PPS:
    Overgenomen van Ref. XX met toestemming van de European Society for Photobiology, de European Photochemistry Association en The Royal Society of Chemistry.
  • Voor reproductie van materiaal uit alle andere RSC tijdschriften en boeken:
    Overgenomen van Ref. XX met toestemming van The Royal Society of Chemistry.

Als het materiaal is aangepast in plaats van gereproduceerd uit de originele RSC-publicatie kan "Overgenomen van" worden vervangen door "Aangepast van".

In alle gevallen is de ref. XX is de XXste referentie in de lijst met referenties.

Als u de auteur van dit artikel bent, hoeft u formeel geen toestemming te vragen voor het reproduceren van figuren, diagrammen etc. in dit artikel in publicaties van derden of in een proefschrift of proefschrift, mits de juiste bronvermelding wordt gegeven bij het gereproduceerde materiaal.

Gereproduceerd materiaal moet als volgt worden toegeschreven:

  • Voor reproductie van materiaal van NJC:
    [Oorspronkelijk citaat] - Gereproduceerd met toestemming van The Royal Society of Chemistry (RSC) namens het Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en het RSC
  • Voor reproductie van materiaal van PCCP:
    [Origineel citaat] - Gereproduceerd met toestemming van de PCCP Owner Societies
  • Voor reproductie van materiaal van PPS:
    [Oorspronkelijke bronvermelding] - Gereproduceerd met toestemming van The Royal Society of Chemistry (RSC) namens de European Society for Photobiology, de European Photochemistry Association en RSC
  • Voor reproductie van materiaal uit alle andere RSC-tijdschriften:
    [Oorspronkelijk citaat] - Gereproduceerd met toestemming van The Royal Society of Chemistry

Als u de auteur van dit artikel bent, heeft u nog steeds toestemming nodig om het hele artikel te reproduceren in een publicatie van een derde partij, met uitzondering van de reproductie van het hele artikel in een proefschrift of proefschrift.

Informatie over het reproduceren van materiaal van RSC-artikelen met verschillende licenties is beschikbaar op onze pagina Toestemmingsverzoeken.


Abstract

In de wereld van membraaneiwitten definieert topologie een belangrijk tussenhuis tussen de aminozuursequentie en de volledig gevouwen driedimensionale structuur. Hoewel het concept van membraan-eiwittopologie al minstens 30 jaar oud is, zijn recente ontwikkelingen op het gebied van translocon-gemedieerde membraan-eiwitassemblage, proteoombrede studies van membraan-eiwittopologie en een exponentieel groeiend aantal membraan-eiwitten met hoge resolutie structuren hebben ons een dieper begrip gegeven van hoe topologie wordt bepaald en hoe deze evolueert.


Aanvullende informatie

Functies die overeenkomen met een wiskundig model van de moleculaire krachten die eiwitstructuren en interacties bepalen. De keuze voor een energiefunctie definieert een kaart van structuren naar energiewaarden, een energielandschap genoemd, dat als leidraad kan dienen voor structuurvoorspelling en ontwerpsimulaties. Typische eiwit-energiefuncties zijn lineaire combinaties van meerdere termen, waarbij elke term een ​​afzonderlijke energetische bijdrage vastlegt (van der Waals-interacties, elektrostatica, desolvatie), waarbij de gewichten en atomaire parameters voor deze termen worden gekozen door een parametriseringsprocedure die de overeenkomst tussen de grootheden voorspeld uit de energiefunctie en de bijbehorende waarden afgeleid uit experimenten of uit kwantumchemische berekeningen op kleine chemische systemen.

Een vorm van machine learning die gebruikmaakt van kunstmatige neurale netwerken met veel interne verwerkingslagen om patronen te herkennen in grote en complexe datasets, zoals visuele afbeeldingen en geschreven en gesproken taal.

Van der Waals interacties

Interatomaire of intermoleculaire interacties die individueel zwak zijn (veel zwakker dan covalente of ionische bindingen) en relatief korte afstanden.

Een discrete reeks conformaties die vaak worden aangenomen door zijketens van aminozuren.

De vrije parameters in een systeem die de structuur en dus de energie bepalen. Ze kunnen continu zijn, zoals een reële torsiehoek van de ruggengraat of atomaire positie, of discreet (waardoor slechts een eindig aantal alternatieven mogelijk is). Vanwege sterke torsievoorkeuren kunnen zijketenconformaties met succes worden gemodelleerd met behulp van een discrete set rotameren, geïdentificeerd door analyse van de structurele database.

Een torsiehoek (of tweevlakshoek) die rotatie beschrijft rond de binding die de ruggengraatstikstof en de ruggengraat Cα-koolstof van een aminozuur in een polypeptideketen verbindt. Het is een van de twee primaire vrijheidsgraden (samen met de psi-hoek) per aminozuurresidu die eiwitten gebruiken om alternatieve conformaties aan te nemen.

Een torsiehoek (of tweevlakshoek) die rotatie beschrijft rond de binding die de Cα-koolstof van de ruggengraat verbindt met de carbonylkoolstof van de ruggengraat van een aminozuur in een polypeptideketen. Het is een van de twee primaire vrijheidsgraden (samen met de phi-hoek) per aminozuurresidu die eiwitten gebruiken om alternatieve conformaties aan te nemen.

Een torsiehoek (of tweevlakshoek) in zijketens van aminozuren die is genummerd op basis van de nabijheid in chemische connectiviteit van de binding met de eiwitruggengraat. Chi1 verwijst naar rotatie rond de binding die zich het dichtst bij de ruggengraat bevindt, chi2 is de volgende dichtstbijzijnde positie enzovoort. Sommige aminozuren, zoals alanine en glycine, hebben geen draaibare bindingen of torsiehoeken, terwijl andere, zoals lysine en arginine, er wel vier hebben.

Een softwarepakket voor het voorspellen en ontwerpen van eiwitstructuren en interacties dat een breed scala aan backbone- en zijketen-conformationele bemonsteringsalgoritmen en sequentie-optimalisatiemethoden implementeert.

Een algoritme voor zijketen-rotameroptimalisatie dat functioneert door rotamers te elimineren die niet compatibel zijn met het aannemen van de sequentie met de laagst mogelijke energie.

Een protocol voor het ontwerpen van sequenties dat een waarschijnlijkheid toekent aan het waarnemen van elk aminozuur op elke sequentiepositie in het eiwit en een gemiddelde (gemiddelde veld) energie voor het eiwit berekent op basis van de toegewezen kansen. De kansen worden vervolgens aangepast om de gemiddelde veldenergie van het eiwit te verlagen.

Een probabilistische benadering voor het identificeren van laag-energetische sequenties die sequentieveranderingen accepteert of verwerpt op basis van de berekende verandering in de energie van het eiwit wanneer een sequentieverandering wordt gemaakt en de temperatuur van het gemodelleerde systeem. Als een verandering de energie van het eiwit verlaagt, wordt het automatisch geaccepteerd als het de energie van het systeem verhoogt, wordt het geaccepteerd met enige waarschijnlijkheid die afhangt van hoeveel de energie is toegenomen (een grotere toename van energie wordt minder snel geaccepteerd ) en de huidige temperatuur (bij hogere temperaturen is de kans groter dat veranderingen worden geaccepteerd die de energie van het systeem verhogen). De temperatuur wordt verlaagd naarmate de simulatie vordert, om sequenties met een lage energie te identificeren.

Een sequentie-optimalisatieprotocol dat herhaaldelijk een populatie van sequenties wijzigt door rondes van op energie gebaseerde selectie toe te passen. De energie van een sequentie wordt berekend door deze te modelleren in de gewenste eiwitconformatie. Opeenvolgingen met een lagere energie hebben meer kans om door te gaan naar de volgende generatie. Voor elke selectieronde worden de vorige winnende sequenties met elkaar gecombineerd en worden kleine aantallen mutaties in de sequenties opgenomen om te zoeken naar sequenties met een lagere energie.

Ontwerpalgoritmen met meerdere statussen

Een benadering voor het ontwerpen van sequenties die tegelijkertijd aan meerdere beperkingen voldoen. Dergelijke algoritmen kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om eiwitsequenties te vinden waarvan wordt voorspeld dat ze ligand X maar niet ligand Y binden. Als alternatief kunnen ze opnieuw worden gebruikt om sequenties te vinden die tegelijkertijd goed zijn in het binden van zowel ligand X als ligand Y.

Een experimentele benadering voor het onderzoeken van een grote bibliotheek van eiwitsequenties (tot tientallen miljoenen) voor binding aan een ander molecuul. In de uiteindelijke gistbibliotheek bevat elke gistcel het DNA voor één lid van de eiwitbibliotheek, en dit eiwit wordt uitgedrukt als een fusie-eiwit dat het eiwit aan de buitenkant van de cel presenteert. De cellen worden gemengd met het doelmolecuul, dat is gelabeld met een fluorescerende kleurstof, en vervolgens wordt fluorescentie-geactiveerde celsortering gebruikt om de cellen te identificeren die een ontworpen eiwit bevatten dat het doeleiwit bindt. DNA-sequencing wordt gebruikt om de ontwerpen te identificeren die door de selectie zijn gekomen.

Een familie van structureel verwante eiwitten die met elkaar interageren om apoptose te induceren of te onderdrukken.

Een term die benaderingen beschrijft die de hoge sequentiespecificiteit van DNA-interacties gebruiken om DNA-sequenties te ontwerpen die zich zullen vouwen tot complexe en voorspelbare twee- en driedimensionale vormen.

Belangrijke histocompatibiliteitscomplexen

(MHC's). Een reeks celoppervlakte-eiwitten die binden aan antigenen van vreemde pathogenen en deze presenteren voor herkenning door andere eiwitten en cellen van het immuunsysteem. Ze zijn een belangrijk onderdeel van het verworven immuunsysteem.


Bekijk de video: 10 Polair-apolair-hydrofiel-hydrofoob - scheikunde. (December 2021).