Stereoelectronic effects in stabilizing protein-N-glycan interactions revealed by experiment and machine learning.
Stereoelectronic effects in stabilizing protein-N-glycan interactions revealed by experiment and machine learning.
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DOI：
10.1038/s41557-021-00646-w
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发表时间：
2021-05
期刊：
影响因子：
21.8
通讯作者：
Kelly JW
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ardejani MS;Noodleman L;Powers ET;Kelly JW
蛋白质-碳水化合物相互作用的能量学是许多生命过程的核心，目前还无法预测。这主要是由于对水溶液中这些相互作用的热力学和熵基础的不完全定量理解。在这里，我们表明，立体电子效应有助于显着稳定蛋白质-N-聚糖相互作用的背景下，协同折叠蛋白质。从52个电子变化的N-糖蛋白的折叠数据的双突变体循环分析表明，依赖于相互作用的侧链的电子学的熵补偿。使用量子力学计算和机器学习获得的线性和非线性模型解释了高达79%和97%的实验相互作用能变化，如从相应模型的R值推断的。值得注意的是，蛋白质-碳水化合物相互作用能与相互作用亚结构的分子轨道能隙密切相关。这表明，立体电子效应必须给予更大的权重比以前认为的精确建模的短程分散货车范德华相互作用之间的N-聚糖和蛋白质。
The energetics of protein-carbohydrate interactions, central to many life processes, cannot yet be predictably manipulated. This is mostly due to an incomplete quantitative understanding of the enthalpic and entropic basis of these interactions in aqueous solution. Here, we show that stereoelectronic effects contribute significantly to stabilizing protein–N-glycan interactions in the context of a cooperatively folding protein. Double-mutant cycle analyses of the folding data from 52 electronically-varied N-glycoproteins demonstrate an enthalpy-entropy compensation depending on the electronics of the interacting side-chains. Linear and non-linear models obtained using quantum mechanical calculations and machine learning explain up to 79 and 97 % of the experimental interaction energy variability as inferred from the R value of the respective models. Notably, protein-carbohydrate interaction energies strongly correlate with the molecular orbital energy gaps of the interacting substructures. This suggests that stereoelectronic effects must be given a greater weight than previously thought for accurately modelling the short-range dispersive van der Waals interactions between the N-glycan and the protein.
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影响因子：
14.8
作者：
Hebert, Daniel N.;Lamriben, Lydia;Powers, Evan T.;Kelly, Jeffery W.
通讯作者：
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影响因子：
15
作者：
Hsu CH;Park S;Mortenson DE;Foley BL;Wang X;Woods RJ;Case DA;Powers ET;Wong CH;Dyson HJ;Kelly JW
通讯作者：
Kelly JW
DOI：
10.1126/science.1198461
发表时间：
2011-02-04
期刊：
Science (New York, N.Y.)
影响因子：
--
作者：
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通讯作者：
Kelly JW
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作者：
Hudson KL;Bartlett GJ;Diehl RC;Agirre J;Gallagher T;Kiessling LL;Woolfson DN
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作者：
Ardejani MS;Powers ET;Kelly JW
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Kelly JW