Effects of proteins on protein diffusion.
Effects of proteins on protein diffusion.
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DOI：
10.1021/ja102296k
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发表时间：
2010-07-14
影响因子：
15
通讯作者：
Pielak GJ
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wang Y;Li C;Pielak GJ
尽管越来越多的关注，很少有人知道拥挤的细胞内环境如何影响蛋白质扩散等基本现象。在这里，我们使用NMR来量化的旋转和平移扩散的7.4 kDa的测试蛋白质，胰凝乳蛋白酶抑制剂2（CI 2），在甘油，合成聚合物，蛋白质和细胞裂解物的解决方案。正如预期的那样，平移扩散和旋转扩散随着粘度的增加而减少。例如，在甘油中，减少遵循斯托克斯-爱因斯坦和斯托克斯-爱因斯坦-德拜定律。合成聚合物导致斯托克斯定律的负偏差，并且对平移的影响大于旋转。然而，令人惊讶的是，蛋白质拥挤有相反的效果，导致正偏差和减少旋转扩散比平移扩散。事实上，散装蛋白质严重削弱了C12在拥挤的蛋白质溶液中的旋转扩散。类似地，细胞裂解物中的Cl 2扩散与其在拥挤的蛋白质溶液中的扩散相当，支持结果的生物相关性。旋转衰减是独立的拥挤蛋白的大小和总电荷，这表明效果是普遍的。合成聚合物和蛋白质拥挤物的行为之间的差异表明，合成聚合物可能不是细胞内环境的合适模拟物。核磁共振弛豫数据揭示了合成聚合物和蛋白质之间差异的来源是蛋白质和CI 2之间存在弱相互作用。总之，蛋白质之间弱但非特异性的非共价化学相互作用似乎从根本上影响细胞中的蛋白质扩散。
Despite increased attention, little is known about how the crowded intracellular environment affects basic phenomena like protein diffusion. Here, we use NMR to quantify the rotational and translational diffusion of a 7.4-kDa test protein, chymotrypsin inhibitor 2 (CI2), in solutions of glycerol, synthetic polymers, proteins, and cell lysates. As expected, translational diffusion and rotational diffusion decrease with increasing viscosity. In glycerol, for example, the decrease follows the Stokes-Einstein and Stokes-Einstein-Debye laws. Synthetic polymers cause negative deviation from the Stokes Laws and affect translation more than rotation. Surprisingly, however, protein crowders have the opposite effect, causing positive deviation and reducing rotational diffusion more than translational diffusion. Indeed, bulk proteins severely attenuate the rotational diffusion of CI2 in crowded protein solutions. Similarly, CI2 diffusion in cell lysates is comparable to its diffusion in crowded protein solutions, supporting the biological relevance of the results. The rotational attenuation is independent of the size and total charge of the crowding protein, suggesting that the effect is general. The difference between the behavior of synthetic polymers and protein crowders suggests that synthetic polymers may not be suitable mimics of the intracellular environment. NMR relaxation data reveal that the source of the difference between synthetic polymers and proteins is the presence of weak interactions between the proteins and CI2. In summary, weak but non-specific, non-covalent chemical interactions between proteins appear to fundamentally impact protein diffusion in cells.
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