Functional Protein Conformations and Dynamics via Transparent Window 1D & 2D Infrared Spectroscopy

通过透明窗口 1D 观察功能性蛋白质构象和动力学

基本信息

  • 批准号:
    10552386
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 54.6万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-05-05 至 2028-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary/Abstract Proteins are the molecular machines of a cell that orchestrate virtually all processes. Like a macroscopic machine, their function requires that they move to adopt different states. Thus, a modern view of protein biophysics has expanded from the structure-function paradigm to include dynamics - population of ensembles of protein states (conformational heterogeneity) and their interconversion. Fully delineating the dynamics that underlie function is however complicated by the immense complexity of proteins, due to both their large size with spatial heterogeneity of their chemistry and the broad timescales over which states may interconvert, ranging from large-scale processes such as aggregation that occur over days to years to the picosecond fluctuations of side chains and solvent. Among these scales, the local small-scale changes in proteins that involve rapidly interconverting states are perhaps among the most challenging to characterize and least well understood. However, such motions are argued to be central to many aspects of protein function, such as main contributors to the entropy of reactions, allosteric communication within domains, catalytic and binding specificity, et al. This research program is directed at developing rigorous methodologies to advance understanding of fundamental protein biophysics in important biological processes. We are developing infrared (IR) spectroscopy as an approach with inherently high spatial and temporal resolution for accessing all involved conformational ensembles and dynamics. By incorporating vibrational groups with frequencies within a transparent window of protein IR spectra we avoid the complexity of spectral congestion to enable inspection of single vibrational modes at local sites anywhere throughout proteins. We are combining modern approaches in biochemistry for selective labeling with state-of-the-art methods in multidimensional spectroscopy to provide rigorous analysis of frequency heterogeneity, coupling, and dynamics. The application and development of new biochemical and spectroscopic methods should elucidate the biophysical foundations of protein function with unprecedented detail, providing information with promise to buttress advances in broad areas of biology and medicine. In addition, through execution of this project, undergraduate, graduate, and postdoctoral researchers will be broadly trained in multidisciplinary science, strengthening the nation’s scientific workforce.
项目摘要/摘要 蛋白质是细胞的分子机器,几乎协调了所有的过程。就像一个宏观的 对于机器,它们的功能要求它们移动以采用不同的状态。因此,现代的蛋白质观 生物物理学已经从结构-功能范式扩展到包括群体的动力学-种群 蛋白质状态(构象异质性)及其相互转化。完全勾勒出 然而,由于蛋白质的巨大复杂性,潜在的功能是复杂的,因为它们都很大 由于它们化学的空间异质性和状态可能相互转换的广泛时间尺度, 从发生在几天、几年到皮秒的大规模过程,如聚集 侧链和溶剂的波动。在这些尺度中,蛋白质的局部小尺度变化 涉及快速相互转换的状态可能是最难描述和最不好描述的状态之一 明白了。然而,这样的运动被认为是蛋白质功能的许多方面的中心,例如 反应熵的主要贡献者,结构域内的变构通讯,催化和结合 专一性等。 这项研究计划旨在发展严格的方法论以促进对 重要生物过程中的基础蛋白质生物物理学。我们正在开发红外(IR)光谱技术 作为一种具有固有的高空间和时间分辨率的方法,用于访问所有涉及的构象 合奏和动态。通过在透明窗口内结合具有频率的振动基团 蛋白质红外光谱我们避免了光谱拥塞的复杂性,使单一振动模式的检测成为可能 在蛋白质中的任何地方的局部位置。我们正在结合生物化学中的现代方法来选择性地 在多维光谱中使用最先进的方法进行标记,以提供严格的频率分析 异质性、耦合性和动态性。新型生化光谱技术的应用与发展 方法应该以前所未有的细节阐明蛋白质功能的生物物理基础,提供 承诺支持生物和医学广泛领域的进步的信息。此外,通过 这个项目的实施,本科生、研究生和博士后研究人员将接受广泛的培训 多学科科学,加强国家的科学队伍。

项目成果

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专著数量(0)
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  • 资助金额:
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