pH-dependent dynamics of complex RNA macromolecules.
pH-dependent dynamics of complex RNA macromolecules.
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DOI：
10.1021/ct300942z
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发表时间：
2013-02-12
影响因子：
5.5
通讯作者：
Brooks, Charles L., III
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Goh, Garrett B.;Knight, Jennifer L.;Brooks, Charles L., III
依赖于pH的质子化平衡在调节RNA动力学和功能中的作用是RNA生物学中尚未回答的关键问题之一。分子动力学(MD)模拟可以深入了解质子化核苷酸的机制作用，但它只能模拟固定的质子化状态，并且需要关键残基的质子化状态的先验知识。最近，我们发展了一个核酸的恒pH分子动力学模拟框架(CPHMDMSRNA D)，其中核苷酸的质子化状态被模拟为与λ结构动力学耦合的动态变量。在本研究中，我们展示了CPHMDMS RNAD在铅依赖核酶中的应用；建立了该方法对复杂λ结构建模的有效性。我们发现，CPHMDMSλD准确地预测了pKa移动的方向，并重现了实验测量的微观pKa值，平均无符号误差为1.3pkA单位。模拟了耦合滴定态对RNA结构的影响，强调了构象采样的重要性。CPHMDMSλD模拟重现与pH有关的观测数据的总体精度表明，恒定pH模拟为研究核酸中与pH有关的过程提供了一个强有力的工具。
The role of pH-dependent protonation equilibrium in modulating RNA dynamics and function is one of the key unanswered questions in RNA biology. Molecular dynamics (MD) simulations can provide insight into the mechanistic roles of protonated nucleotides, but it is only capable of modeling fixed protonation states and requires prior knowledge of the key residue’s protonation state. Recently, we developed a framework for constant pH molecular dynamics simulations (CPHMDMSλD) of nucleic acids, where the nucleotides’ protonation states are modeled as dynamic variables that are coupled to the structural dynamics of the RNA. In the present study, we demonstrate the application of CPHMDMSλD to the lead-dependent ribozyme; establishing the validity of this approach for modeling complex RNA structures. We show that CPHMDMSλD accurately predicts the direction of the pKa shifts and reproduces experimentally-measured microscopic pKa values with an average unsigned error of 1.3 pKa units. The effects of coupled titration states in RNA structures are modeled, and the importance of conformation sampling is highlighted. The general accuracy of CPHMDMSλD simulations in reproducing pH-dependent observables reported in this work demonstrates that constant pH simulations provides a powerful tool to investigate pH-dependent processes in nucleic acids.
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DOI：
10.1073/pnas.171319598
发表时间：
2001-08-28
影响因子：
11.1
作者：
Bayfield, MA;Dahlberg, AE;Barta, A
通讯作者：
Barta, A
影响因子：
15
作者：
Cerrone-Szakal, Andrea L.;Siegfried, Nathan A.;Bevilacqua, Philip C.
通讯作者：
Bevilacqua, Philip C.
DOI：
10.1021/jp807701h
发表时间：
2009-02-26
期刊：
The journal of physical chemistry. B
影响因子：
--
作者：
Deng Y;Roux B
通讯作者：
Roux B
影响因子：
4.8
作者：
Cottrell, Joseph W.;Scott, Lincoln G.;Fedor, Martha J.
通讯作者：
Fedor, Martha J.
影响因子：
4.4
作者：
Baptista, AM;Teixeira, VH;Soares, CM
通讯作者：
Soares, CM