The effect of temperature on single-polypeptide adsorption.
The effect of temperature on single-polypeptide adsorption.
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温度对单多肽吸附的影响
DOI：
10.1002/cphc.201100776
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发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
T.Hugel
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
S. Kienle;S. Liese;N. Schwierz;R.R. Netz;T.Hugel
疏水吸引(HA)被认为是蛋白质折叠的主要驱动力之一。了解其对温度的依赖关系有助于更深入地了解蛋白质折叠。在这里，我们提出了一种实验和模拟相结合的方法来研究HA，这是对以前关于疏水小球形粒子溶剂化的温度依赖性研究的补充。我们测定了在水环境中，单个多肽从疏水底物上解吸时的自由能变化和脱附长度与温度的关系。基于原子力显微镜(AFM)的实验和分子动力学(MD)模拟都表明，自由能变化对温度的依赖性很弱。事实上，根据衬底的不同，我们发现与温度相关的自由能变化有一个最大值或一个最小值，这意味着对于不同的衬底，熵随着温度的增加而增加或减少。这些观察结果与疏水小颗粒的溶剂化作用相反，可以通过对脱附力的各种贡献之间的补偿机制来合理解释。一方面，这让人想起蛋白质的折叠过程，在这个过程中，大的熵和焓贡献相互补偿，导致折叠和未折叠状态之间的小自由能差异。另一方面，蛋白质的折叠过程表现出更强的温度依赖性，这表明蛋白质折叠和吸附之间存在根本的区别。然而，这种依赖于温度的单分子解吸研究为研究疏水吸引主导的平衡和非平衡过程提供了很大的可能性。
The hydrophobic attraction (HA) is believed to be one of the main driving forces for protein folding. Understanding its temperature dependence promises a deeper understanding of protein folding. Herein, we present an approach to investigate the HA with a combined experimental and simulation approach, which is complementary to previous studies on the temperature dependence of the solvation of small hydrophobic spherical particles. We determine the temperature dependence of the free‐energy change and detachment length upon desorption of single polypeptides from hydrophobic substrates in aqueous environment. Both the atomic force microscopy (AFM) based experiments and the molecular dynamics (MD) simulations show only a weak dependence of the free energy change on temperature. In fact, depending on the substrate, we find a maximum or a minimum in the temperature‐dependent free energy change, meaning that the entropy increases or decreases with temperature for different substrates. These observations are in contrast to the solvation of small hydrophobic particles and can be rationalized by a compensation mechanism between the various contributions to the desorption force. On the one hand this is reminiscent of the protein folding process, where large entropic and enthalpic contributions compensate each other to result in a small free energy difference between the folded and unfolded state. On the other hand, the protein folding process shows much stronger temperature dependence, pointing to a fundamental difference between protein folding and adsorption. Nevertheless such temperature dependent single molecule desorption studies open large possibilities to study equilibrium and non‐equilibrium processes dominated by the hydrophobic attraction.
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